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栈及其在.NET FrameWork中的源码分析

Posted on 2009-10-09 20:49  生鱼片  阅读(475)  评论(2编辑  收藏  举报

1.栈是操作限定在表的尾端进行的线性表,表尾要进行插入,删除等操作。我们把表尾称为栈顶,另一端叫做栈底。栈的操作是按照后进先出(LIFO:Last
In First Out)或是先进后出(FILO)的原则进行的,所以也叫做LIFO表或FILO表。
clip_image002

2.我们将栈的几个常用操作用接口表示如下:

public interface IStack<T>

{

        int GetLength();

        bool IsEmpty();

        void Clear();

        void Push(T item);//入栈

        T Pop();//出栈

        T GetTop()
}

3.使用连续空间来存储栈中的元素我们称为顺序栈,我们就实现一个简单的顺序栈,代码如下:

public class SeqStack<T>:IStack<T>

    {

        private int maxsize;

        private T[] data;

        private int top;

 

        public T this[int index]

        {

            get { return data[index];}

            set { data[index] = value; }

        }

 

        public int Maxsize

        {

            get { return maxsize; }

            set { maxsize = value; }

        }

        public int Top

        {

            get { return top; }

            set { top = value; }

        }

 

        public SeqStack(int size)

        {

            data = new T[size];

            maxsize = size;

            top = -1;

        }

 

        public int GetLength()

        {

            return top + 1;

        }

        public void Clear()

        {

            top = -1;

        }

        public bool IsEmpty()

        {

            if (top == -1)

                return true;

            else

                return false;

        }

        public bool IsFull()

        {

            if (top == maxsize - 1)

                return true;

            else

                return false;

        }

        public void Push(T item)

        {

            if (IsFull())

            {

                Console.WriteLine("Stack is full");

                return;

            }

            data[++top] = item;

        }

 

        public T Pop()

        {

            T tmp = default(T);

            if (IsEmpty())

            {

                Console.WriteLine("Stack is empty");

                return tmp;

            }

            tmp = data[top];

            --top;

            return tmp;

        }

        public T GetTop()

        {

            if (IsEmpty())

            {

                Console.WriteLine("Stack is empty");

                return default(T);

            }

            return data[top];

        }

    }

 

4.还有一种就是链式存储,实际上就是简化的单链表,节点和单链表的节点也是一样的如下:

public class Node<T>

    {

        private T data;

        private Node<T> next;

 

        public Node(T val, Node<T> p)

        {

            data = val;

            next = p;

        }

        public Node(Node<T> p)

        {         

            next = p;

        }

        public Node()

        {

            data = default(T);

            next = null;

        }

 

        public T Data

        {

            get { return data; }

            set { data = value; }

        }

        public Node<T> Next

        {

            get { return next; }

            set { next = value; }

        }

}

链栈的实现如下:

public class LinkStack<T>:IStack<T>

    {

        public Node<T> top;

        private int num;//栈中结点个数

 

        public Node<T> Top

        {

            get { return top; }

            set { top = value; }

        }

        public int Num

        {

            get { return num; }

            set { num = value; }

        }

        public LinkStack()

        {

            top=null;

            num=0;

        }

 

        public int GetLength()

        {

            return num;

        }

        public void Clear()

        {

            top = null;

            num = 0;

        }

        public bool IsEmpty()

        {

            if ((top == null) && (num == 0))

                return true;

            else

                return false;

        }

        public void Push(T item)

        {

            Node<T> q = new Node<T>(item);

            if (top == null)

                top = q;

            else

            {

                q.Next = top;

                top = q;

            }

            ++num;

        }

        public T Pop()

        {

            if (IsEmpty())

            {

                Console.WriteLine("Stack is empty");

                return default(T);

            }

            Node<T> p = top;

            top = top.Next;

            --num;

            return p.Data;

        }

        public T GetTop()

        {

            if (IsEmpty())

            {

                Console.WriteLine("Stack is empty");

                return default(T);

            }

            return top.Data;

        }

 

    }

5.上面是我们实现的简单的方式,我们下面来看下。Net Framework中的实现方式。C#类库中提供了泛型和非泛型版本的Stack类,主要继承
了IEnumerable和ICollection接口。

我们可以使用Reflector来查看下。Net Framework的实现方式,我们主要看泛型版本Stack<T>

public class Stack<T> : IEnumerable<T>, ICollection, IEnumerable

在。Net Framework中的Stack中的数据以数组形式存在,当数据空间不够时,扩大1倍空间,将数据从原有缓冲区复制到新的缓冲区中会带来O(n)的数据
复制开销,最坏可能带来sizeof(T)*(n-1)的空间浪费。数据Push,Pop的复杂度为O(1)。

我们来看下Push操作,当空间不够的时候会扩大一倍的空间。有数组复制的开销: public void Push(T item)


    {

        if (this._size == this._array.Length)

        {

            T[] destinationArray = new T[(this._array.Length == 0) ? 4 : (2 * this._array.Length)];

            Array.Copy(this._array, 0, destinationArray, 0, this._size);

            this._array = destinationArray;

        }

        this._array[this._size++] = item;

        this._version++;

    }

另外在Pop的时候,可能出现Stack中只有一个元素,有数组的数据都在,这时就浪费了空间,我们可以使用提供的下面函数来释放,如果元素数小于
当前容量的 90%,将容量设置为 Stack<(Of <(T>)>) 中的实际元素数。

public void TrimExcess()

    {

        int num = (int) (this._array.Length * 0.9);

        if (this._size < num)

        {

            T[] destinationArray = new T[this._size];

            Array.Copy(this._array, 0, destinationArray, 0, this._size);

            this._array = destinationArray;

            this._version++;

        }

    }

6.栈,堆区别

栈负责保存我们的代码执行(或调用)路径,而堆则负责保存对象或者说数据。

NET框架包含一个托管堆,所有的.NET语言在分配引用类型对象时都要使用它。像值类型这样的轻量级对象始终分配在栈中,但是所有的类实例和
数组都被生成在一个内存池中,这个内存池就是托管堆。
垃圾收集器的基本算法很简单:
● 将所有的托管内存标记为垃圾
● 寻找正被使用的内存块,并将他们标记为有效
● 释放所有没有被使用的内存块
● 整理堆以减少碎片