c++ - 使用抽象层次实现数据结构

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;
}

如果我实现类似上面的东西，它会工作得很好。但最近，我被要求按原样实现上述两个，然后单独实现核心 Stack 功能。

现在，如果我将 push、pop、isFull、isEmpty 移动到新的 Stack 定义中， class StackArray 实现的目的究竟是什么？

我尝试过的两种解决方案如下:

新类实现

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中对Stack进行了完整的定义和实现，然后在StackArray中的等价方法中调用相应的方法。像这样:

StackADT - 推送

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

然后在 StackArray - push 中，我将执行如下操作:

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

不太确定组合所有三个类(Data、Container 和 Stack)的两种方法是否符合预期。

我该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试图实现的核心方面。通常，这些方面可以表示为一个接口(interface)。

因为在 C++ 中，不像 Java 等其他语言，我们没有特定的接口(interface)声明语法，我们可以使用纯虚类。

一般来说，堆栈是一种遵循 LIFO 访问结构的数据结构，仅此而已。

尽管受到内存量的限制，但我看不出有任何理由让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 调用提供和元素。

那么，我们可能会想到一个栈的基本接口(interface)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:

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;
    }
}