자료구조, 스택(Stack)

자료구조, 스택(Stack)

스택(Stack)

• 데이터를 차곡차곡 쌓아 올린 형태의 자료구조
• 데이터가 순서대로 쌓임
• 가장 마지막에 삽입된 자료가 가장 먼저 삭제됨
• LIFO(Last In First Out)형태의 자료구조
• Push
  • 스택의 가장 위에 데이터 삽입
• Pop
  • 스택의 가장 위의 데이터 삭제

• 스택(Stack)의 사용 사례
  • 웹 브라우저 방문기록(뒤로 가기)
  • 실행 취소(Undo)
  • 역순 문자열 만들기
  • 후위 표기법 계산

스택(Stack)에 필요한 Operators

• Constructor
  • 스택 객체를 생성하는데 필요한 생성자
• Transformer
  • 스택의 상태 (들어있는 아이템의 값 등)을 변환하는 변환자
• Observer
  • 스택의 아이템이나 길이 등의 정보에 접근하는 관측자

Stack Operators(Array Based)

• Transformers
  • Push
  • Pop
• Observers
  • IsEmpty
  • IsFull
  • Top

Source Code

• Dependency
  • OS: Windows11, 23H2
  • IDE: JetBrain CLion
  • Build Toolchain: CMake 3.27
    • Compiler: MSYS2(GCC for Windows)
    • C++ Standard: C++23

In most cases, MSVC in Visual Studio is also available
GCC in UNIX and LINUX are always available
However, you must use a C++17 or higher standard

Preprocessing

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
using namespace std;

#define MAX_ITEMS 50
#define FULL_STACK "stack is full"
#define EMPTY_STACK "stack is empty"
typedef int ItemType;
class StackType;

typedef를 사용하는 이유는 후에 리스트 아이템의 자료형을 쉽게 변경하기 위함

하나의 소스파일에서 모든 멤버를 정의할 것이기 때문에 상단에 미리 클래스 및 함수 선언

후에 예외 처리를 위해 FULL_STACK, EMPTY_STACK 지시

Class Definition

class StackType {
public:
    StackType();
    [[nodiscard]] bool IsFull() const; //스택이 가득 차있는지 확인
    [[nodiscard]] bool IsEmpty() const; //스택이 비어있는지 확인
    void Push(ItemType newItem); //스택 상단에 아이템 삽입
    ItemType Pop(); //스택 상단의 아이템 삭제
    ItemType Top(); //스택 상단의 아이템 확인

private:
    int top;
    ItemType items[MAX_ITEMS]{};
};

Attribute에 대해서 알아보자

• C++11 이후로 추가된 기능
• 함수 선언 시 attribute를 추가하여 컴파일러의 최적화에 도움을 줌
• [[nodiscard, noreturn]]과 같은 방식으로 사용
• 사용하지 않아도 상관 없음
• C++11, C++14, C++17, C++20, C++23 버전별로 계속 추가됨

Class Constructor

StackType::StackType() {
    top = -1;
}

Class Transformer

void StackType::Push(ItemType newItem) {
    if(IsFull()) {
        throw runtime_error(FULL_STACK);
    }
    items[++top] = newItem;
}

ItemType StackType::Pop() {
    if(IsEmpty()) {
        throw runtime_error(EMPTY_STACK);
    }
    return items[top--];
}

Class Observer

bool StackType::IsEmpty() const {
    return top == -1;
}

bool StackType::IsFull() const {
    return top == (MAX_ITEMS - 1);
}

ItemType StackType::Top() {
    if(IsEmpty()) {
        throw runtime_error(EMPTY_STACK);
    }
    return items[top];
}

Main Function

int main() {
    StackType myStack;
    // 푸시
    try {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            cout << "Pushing " << i << " onto the stack." << endl;
            myStack.Push(i);
        }
    } catch (const runtime_error& e) {
        cout << "Exception caught: " << e.what() << endl;
    }
    // 탑
    try {
        cout << "Top item of the stack: " << myStack.Top() << endl;
    } catch (const runtime_error& e) {
        cout << "Exception caught: " << e.what() << endl;
    }
    // 팝
    cout << "Popping items: ";
    try {
        while (!myStack.IsEmpty()) {
            cout << myStack.Pop() << " ";
        }
        cout << endl;
    } catch (const runtime_error& e) {
        cout << "Exception caught: " << e.what() << endl;
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

참고문헌

• Nell Dale. (2016). “C++ Plus Data Structues Sixth Edition”. Jones&Bartlett Learning.
• GeeksforGeeks. (2024). “Stack Data Structure”. https://www.geeksforgeeks.org/stack-data-structure/.
• 개발자 Miro. (2024). “[자료구조] 스택(Stack)과 큐(Queue)에 대해서 알아보자!”. https://jud00.tistory.com/entry/자료구조-스택Stack과-큐Queue에-대해서-알아보자.
• OpenAI. (2024). ChatGPT(Jan 10, 2024). GPT-4. https://chat.openai.com.
• meongju0o0. (2024). “stack.cpp”. https://github.com/meongju0o0/meongju0o0-data-structure.