栈结构具有后进先出的固有特性,在程序设计中很有帮助。这里举一个例子,将栈应用与括号匹配的检验。
假设表达式中允许三种括号:小括号、中括号和大括号,嵌套的顺序任意。( [ ] ) { } 、[ { } ]等均为正确格式。检验括号是否匹配可用“期待的急迫程度”来描述。接收一个正括号后,计算机期待着一个与之匹配的反括号。如果此时接收到一个反括号,若与期待的匹配,则这种“期待”得到消解;否则括号匹配失败。如果又接收到一个左括号,则之前的括号暂时不寻求匹配,让位于新的左括号,等到新的左括号得到匹配之后,在让之前的括号寻求匹配,以此类推。这个处理过程正好符合栈后进先出的特点。因此,我们可以设置一个栈,每读入一个左括号,则将该括号压入栈内;如果读到右括号,则与栈顶的左括号进行匹配检验,若成功,则栈弹出一个元素,否则整个式子匹配失败,结束。如果可以遍历完最后一个元素,则栈应该是空的,说明整个式子括号匹配是成功的;否则说明还有左括号没有被匹配,匹配失败。
知道了处理方法之后,我们就可以编写程序实现了。这里采用C++编写。使用标准库中的stack类,需要包含头文件<stack>。其用法如下:
stack<elemType> S;//建立一个元素类型为elemType的栈S
S.push(elem1);//将元素elem1压入栈
elem2=S.pop();//弹出并返回栈顶元素
elem3=S.top();//返回栈顶元素的引用(而不弹出)
S.empty(); //判断栈是否为空,返回布尔类型值
S.clear();//清空栈
应用实例如下:
#include <iostream>
//#include <cmath>
#include <stack>
using namespace std;
bool judge(const char *);
char getType(const char);
bool match(const char,const char);
int main()
{
cout<<"Input sequences:"<<endl;
char seq[20];
cin>>seq; //读取一个序列
cout<< (judge(seq)? "Succeeded":"Failed")<<endl; //判断并输出结果
return 0;
}
//判断字符类型 左括号,右括号 或 其他
char getType(const char c)
{
char bracketSet[]="([{}])";
int i;
for(i = 0; i < 6; i++)
{
if(bracketSet[i]==c) break;
}
if(i<3) return 'l';
else if(i < 6) return 'r';
else return 'n';
}
//判断是否为一对匹配的括号
bool match(const char cL, const char cR)
{
if(cL=='(')
return cR==')' ? true:false;
else
return cR==cL+2 ? true:false;
}
//判断序列是否括号匹配
bool judge(const char * str)
{
stack<char> S; //新建一个栈
int i;
char bracketType;
for(i = 0; str[i]!='\0'; i++)
{
bracketType = getType(str[i]); //判断是否为括号
if( bracketType == 'l' )
{
S.push(str[i]); //遇到左括号,入栈
}
else if( bracketType == 'r' )
{
//遇到左括号,与栈顶比较,若匹配,栈释放顶层元素
if( match( S.top(), str[i] ) ) S.pop();
//否则匹配失败,结束函数
else return false;
}
}
//判断栈内是否还有左括号,若无,则匹配成功
if(S.empty()) return true;
else return false;
}
测试样例1:
输入:(2+3*{1+2})
输出:Succeeded
测试样例2:
输入:{{}()
输出:Failed