数据结构实验报告—栈及其应用.pdf

数据结构中的栈是一种非常重要的抽象数据类型，它遵循“后进先出”（LIFO, Last In First Out）的原则。栈在计算机科学中被广泛应用于各种问题的解决，尤其是在算法和程序设计中。本实验报告重点探讨了栈的顺序存储结构及其在实际问题中的应用。 实验目标是让学生熟悉栈的基本特性和操作，包括入栈（Push）、出栈（Pop）、获取栈顶元素（Peek）等。在顺序存储结构中，栈通常用数组来实现，栈顶指针指示当前栈顶元素的位置。实验要求实现这些基本操作，并利用栈解决实际问题，如字符串逆序、括号匹配和算术表达式求值。 在系统分析部分，数据结构设计为两种类型：浮点型栈用于基本操作，字符型栈用于特定应用。栈的基本操作包括： 1. 进栈：当栈未满时，新元素被插入栈顶。 2. 出栈：如果栈非空，栈顶元素会被移除并返回。 3. 获取栈顶元素：非空栈时返回栈顶元素。 4. 判断栈的状态：检查栈是否为空或已满。 5. 计算栈中元素数量：返回栈中元素的计数。 6. 清空栈：将栈顶指针重置为初始值。 7. 保存数据：栈中元素的数据被保存到文本文件。 系统设计采用顺序栈，数组元素的头指针为`elements`，最大元素容量为`maxSize`，当前栈顶位置由数组下标指针`top`跟踪。实验还设计了两个菜单，分别用于执行基本操作和应用功能。 栈的应用之一是括号匹配。这个过程通过扫描输入字符串完成，左括号入栈，遇到右括号时与栈顶的左括号匹配并出栈。如果所有括号都能正确匹配，说明表达式有效。 另一个应用是计算算术表达式。这通常涉及将中缀表达式转换为后缀表达式（也称为逆波兰表示法），然后用栈计算后缀表达式的值。算法首先顺序扫描表达式，将操作数压栈，遇到操作符时弹出栈顶的两个操作数进行计算，然后将结果压栈。对于处理多操作数的情况，需要额外的字符串处理和数组来保存表达式的不同部分。 编程环境是Windows操作系统下的Visual Studio 2017，实验通过创建三个文件实现：SeqStack模板类文件用于实现栈操作，Calculator类文件处理表达式计算，而主函数文件（main.cpp）负责调用这些功能并提供用户交互界面。 本实验报告详细介绍了栈的理论知识、具体实现和实际应用，旨在提高学生对数据结构的理解和实际操作能力。通过这样的练习，学生能够更好地掌握栈这一基础数据结构，并学会如何运用它解决实际问题。