C#面向对象编程进阶（一） ——实现栈

如何用C#编写一个栈类？

关键在于这样的一个类应该如何设计呢?首先要确立面向对象的编程思想，即类是对实体进行合理地抽象和建模，而这种思想将贯彻在我们编程的整个过程中。下面我们一步一步来做。

1.类方法签名初步设计

对于设计一个类而言我们应该由外而内的进行设计,首先考虑它对外部提供的接口,再去考虑其内部的安排。对于栈而言，最重要的外部特性就是压栈和弹栈，所以要设计两个方法Push和pop,对于压栈而言，压进去的元素存放在哪，所以就要用数组来开辟一段连续的存储空间来对栈进行顺序存储。所以初步设计如下：

    public class Stack
    {
        private int[] array = new int[3];

        public void Push(int element)
        {
        }

        public int Pop()
        {
            return 0;
        }
    }  

具体的方法应该如何实现呢？我们知道压栈和弹栈都是在栈顶进行的，如何表示栈顶呢？我们可以设置一个计数器cout对每次压栈操作进行计数，同样对于弹栈操作也进行计数，使得计数器总是表示栈内元素的个数。所以在之前的代码中添加相关语句，现在代码如下：

    public class Stack
    {
        private int[] array = new int[3];
        private int count;

        public void Push(int element)
        {
            count++;
        }

        public int Pop()
        {
            count--;
            return 0;
        }
    }  

接着我们来分别实现两个方法的功能。

        public void Push(int element)
        {
            this.array[this.count] = element;
            count++;
        }

        public int Pop()
        {
            int ele = this.array[this.count - 1];
            count--;
            return ele;
        }

至此两个方法的功能已经基本实现。

2.设计衍化 -- 考虑到边界情况，使用异常机制

现在要考虑一个问题，即栈的存储空间是用数组来固定分配的，那么压栈就可能出现栈满后溢出的情况。为了应对这种异常情况我们需要采取相应的措施。类似的栈也会出现栈空的情况下弹栈的情况。我们先来处理后者：

        public int Pop()
        {
            if (this.count == 0)
            {
                throw new Exception("堆栈已经为空！");
            }

            int ele = this.array[this.count - 1];
            --this.count;
            return ele;
        }

然后我们在测试方法中添加try-catch语句便能够对抛出的异常进行处理。

而对于push方法，我们希望在栈满的情况下追加存储空间应该如何做呢？

我们再定义一个数组，开辟出两倍于原数组的连续存储空间，然后将原数组中的元素拷贝给新数组，再将新数组的引用赋值给原数组以便于外部使用。

        public void Push(int element)
        {
            if (this.count == this.array.Length)
            {
                int[] array2 = new int[this.array.Length * 2];
                for (int i = 0; i < this.array.Length; i++)
                {
                    array2[i] = array[i];
                }
                this.array = array2;
            }
                this.array[this.count] = element;
                this.count++;

        }

这样一来，这个类就已经基本设计好了。

3.功能测试

在main方法中添加如下测试代码：

        static void Main(string[] args)
        {
            try
            {
                Stack stack = new Stack();
                stack.Push(2);
                stack.Push(5);
                stack.Push(8);
                stack.Push(9);
                int ele1 = stack.Pop();
                Console.WriteLine("{0}", ele1);
                int ele2 = stack.Pop();
                Console.WriteLine("{0}", ele2);
                int ele3 = stack.Pop();
                Console.WriteLine("{0}", ele3);
                int ele4 = stack.Pop();
                Console.WriteLine("{0}", ele4);
            }
            catch (Exception exception)
            {
                Console.WriteLine("执行发生错误！" + exception.Message);
            }
            Console.Read();
        }

运行结果如下：