使用抽象级别实现数据结构

Question

假设我要使用动态数组分配来实现 Stack。 我有以下类及其功能。

Data.h

class Data
{
public:
   Data(std::string fname, int age) : name(fname) , age(age) {}

private:
   std::string name;
   int age;
}

StackArray.h

#include "Data.h"

class StackArray
{
public:
    StackArray(int sSize) : size(sSize), top(-1)
    {
       DataArray = new Data[size];
    };

    ~StackArray() { delete[] DataArray; };

    StackArray& operator=(StackArray& StackArrayObj) { //use copy&swap here };
    Stack(const StackArray& StackArrayObj);
    bool isFull();
    bool isEmpty();
    void push(Data& DataObj);
    void pop();

private:
    Data* DataArray;
    int top;
    int size;
}

如果我实现了类似上面的东西，它会很好地工作。但最近，我被要求按原样实现上述两个，然后为核心 Stack 功能单独实现。

那么现在，如果我将 push、pop、isFull、isEmpty 移动到新的 Stack 定义中，class StackArray 实现的具体目的是什么？

我尝试过的两种解决方案如下：

New class implemtation

class StackADT
{
 public:
    StackADT();
    virtual ~StackADT() = 0;
    virtual bool isFull() = 0;
    virtual bool isEmpty() = 0;
    virtual void push(Data& DataObj) = 0;
    virtual void pop() = 0;
}

然后，通过从StackArray类扩展这个类，从而强制它实现所有的纯虚函数。

第二种，但不是那么优雅（我认为）的方式是：

我在StackADT中有完整的Stack定义和实现，然后在StackArray的等价方法中调用对应的方法。像这样：

StackADT - push

bool StackADT::push(const Data& DataObj)
{
    if(!isFull)
       return false;
    else
    {
       top++;
       DataArray[top] = DataObj;
    }
    return true;
}

然后在StackArray - push 里面，我会做这样的事情：

bool StackArray::push(const Data& DataObj)
{
    StackADT doPush;
    doPush.push(DataObj);
}

不太确定将所有三个类（数据、容器和堆栈）组合在一起的两种方法是否是它们所设想的。

如何解决这个设计问题？或者至少将其与“最佳实践”保持一致（如果有的话）。

Answer 1

当我们谈论抽象时，我们应该尝试确定我们尝试实现的核心方面。通常，这些方面可以表示为一个接口。

由于在 C++ 中，不像 Java 等其他语言，我们没有特定的接口声明语法，我们可以使用纯虚拟类。

一般来说，堆栈是遵循 LIFO 访问结构的数据结构，仅此而已。

尽管受到内存量的限制，但我看不出有什么理由说明基本堆栈一开始就应该有大小限制。考虑大小限制的一种更抽象的方法是验证堆栈是否接受更多元素或是否可以通过pop 调用提供元素。

所以，我们可以考虑一个栈的基本接口如下：

class Stack {
public:
    virtual ~Stack()=0;
    virtual Data& pop() throw (std::out_of_range) = 0;
    virtual void push(Data&) throw (std::out_of_range) = 0;
    virtual bool isPoppable() = 0;
    virtual bool isPushable() = 0;
}

那么现在我们可以开始考虑实现了。一个简单的实现是使用数组来实现：

class StackArray : public Stack {
private:
    Data* mArray;
    int mSize;
    int mPointer;
    StackArray(int size) : mSize(size), mPointer(0) {
        mArray = new Data[mSize];
    }
    virtual ~StackArray() {
        delete [] mArray;
    }
public:
    void push(Data& el) throw (std::out_of_range) {
        if (!isPushable()) throw std::out_of_range("Cannot push to this stack");
        mArray[mPointer++] = el;
    }

    Data& pop() throw (std::out_of_range) {
        if (!isPopable()) throw std::out_of_range("Cannot pop from this stack");
        return mArray[mPointer--];
    }

    bool isPushable() {
        return mPointer < mSize;
    }

    bool isPoppable() {
        return mPointer > 0;
    }
}

更进一步，我们可以想到一个基于链表的堆栈：

class DataNode {
private:
    DataNode* next;
    Data* data;
public: // trivial impl. ommited
    bool hasNext();
    DataNode* getNext();
    Data* getData();
    void setNext(DataNode* next);
    void setData(Data* data);
}

class StackLinkedList : public Stack {
private:
    DataNode* root;
public:
    StackLinkedList():pointer(0) {}
    virtual ~StackLinkedList() {}
    void push(Data& el) throw (std::out_of_range) {
        if (!isPushable()) throw std::out_of_range("Cannot push to this stack");
        DataNode* n = new DataNode();
        n->setData(&el);

        DataNode* pointer = root;
        if (root == NULL) {
            pointer = n;
        } else {
            while (pointer->hasNext()) {
                pointer = pointer->getNext();
            }

            pointer->setNext(n);
        }
    }

    Data& pop() throw (std::out_of_range) {
        if (!isPoppable()) throw std::out_of_range("Cannot pop from this stack");
        DataNode* pointer = root, previous = NULL;
        while (pointer->hasNext()) {
            previous = pointer;
            pointer = pointer->getNext();
        }

        Data* ret = pointer->getData();
        delete pointer;
        if (previous != NULL) {
            previous->setNext(NULL);
        }

        return *ret;
    }

    bool isPushable() {
        return true;
    }

    bool isPoppable() {
       return root != NULL;
    }
}

Answer 2

我了解您的练习是为了让您思考什么是通用堆栈（“核心堆栈函数”）以及它的特定实现。

所以你的抽象类的替代方案：

class StackADT
{
 public:
     ...  // pure virtual core function 
};  // <= allways ;  at end of class ;-) 

将导致将StackArray 作为具体实现：

class StackArray : public Stack ADT {
    ... // you can leave the rest as it is:  the functions will override the virtual ones.  
};

这一切的目的是什么？好吧，您完全可以想象实现StackLinkedList 或StackReallocArray。优点是差异仅在于创建。一旦创建了堆栈，使用它的代码是相同的，无论使用什么实现。

另一种方法是使用模板来概括堆栈的内容。还有一个是使用<stack>，但我认为这不是（还）你练习的目标。