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C++与C语言实现Stack的对比分析

news 2025/8/9 23:34:08

面向对象编程有三大特性：封装、继承和多态。通过下面C和C++实现Stack的代码对比，我们可以初步了解封装的概念。

一、主要差异对比

1、封装性体现

2、语法便利性

3、代码组织

二、C语言实现Stack分析

1、数据结构定义

2、核心函数实现

初始化函数

销毁函数

压栈操作

其他操作

3、C实现特点

三、C++实现Stack分析

1、类定义

2、核心成员函数实现

初始化函数

压栈操作

其他操作

四、主要区别分析

1、封装性

C++实现：

C语言实现：

2、语法便利性

C++优势：

3、代码组织

C++：

C：

五、实现思路详解

C语言实现思路

C++实现思路

六、两种实现的对比总结

七、深入理解封装

八、总结

一、主要差异对比

1、封装性体现

C++实现：将数据和相关操作函数都封装在类内部，通过public和private访问限定符进行访问控制
- 数据成员(_a, _capacity, _top)设为private，外部无法直接访问和修改
- 操作接口(Push, Pop, Top等)设为public，作为类的外部接口
- 封装本质是一种更严格、更规范的管理方式，避免了数据被随意修改的风险
C实现：数据和函数分离，结构体成员完全公开，可以直接访问和修改

2、语法便利性

this指针：C++成员函数隐式传递this指针，调用时不需要显式传递对象地址
缺省参数：如Init(int n = 4)可以简化初始化调用
类型系统：不需要typedef，直接使用类名作为类型
命名空间：使用std命名空间避免命名冲突

3、代码组织

C++：相关数据和操作集中在一个类中，结构更清晰
C：数据和操作分离，需要通过指针显式传递结构体

二、C语言实现Stack分析

1、数据结构定义

typedef int STDataType;
typedef struct Stack {STDataType* a;      // 动态数组指针int top;            // 栈顶指针int capacity;       // 栈容量
} ST;

2、核心函数实现

初始化函数

void STInit(ST* ps) {assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}

接收Stack结构体指针
将数组指针初始化为NULL，top和capacity设为0

销毁函数

void STDestroy(ST* ps) {assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}

释放动态分配的内存
重置所有成员变量

压栈操作

void STPush(ST* ps, STDataType x) {assert(ps);// 检查并扩容if (ps->top == ps->capacity) {int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL) {perror("realloc fail");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}

检查容量不足时进行扩容
初始容量为0时分配4个元素空间，否则容量翻倍
将元素放入栈顶并更新top指针

其他操作

bool STEmpty(ST* ps);       // 判断栈是否为空
void STPop(ST* ps);         // 弹出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);   // 获取栈顶元素
int STSize(ST* ps);         // 获取栈大小

3、C实现特点

数据和操作分离
每次操作都需要传递Stack指针
结构体成员可以直接访问和修改
需要手动管理内存

三、C++实现Stack分析

1、类定义

class Stack {
public:// 成员函数void Init(int n = 4);   // 初始化，带默认参数void Push(STDataType x);void Pop();bool Empty();int Top();void Destroy();private:// 成员变量STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};

2、核心成员函数实现

初始化函数

void Init(int n = 4) {_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a) {perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;
}

使用默认参数简化调用
直接访问成员变量(不需要传递对象指针)

压栈操作

void Push(STDataType x) {if (_top == _capacity) {int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL) {perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}_a[_top++] = x;
}

扩容逻辑与C版本相同
直接访问成员变量，代码更简洁

其他操作

void Pop() { assert(_top > 0); --_top; }
bool Empty() { return _top == 0; }
int Top() { assert(_top > 0); return _a[_top - 1]; }
void Destroy() { free(_a); _a = nullptr; _top = _capacity = 0; }

四、主要区别分析

1、封装性

C++实现：

将数据和操作数据的函数都封装在类内部
使用访问限定符(public/private)控制访问权限
数据成员通常设为private，防止外部直接修改
提供公共接口(public方法)来操作数据

C语言实现：

数据和函数分离
结构体成员可以直接访问和修改
需要通过函数参数显式传递结构体指针

2、语法便利性

C++优势：

缺省参数：Init(int n = 4)可以省略参数调用
this指针：成员函数自动获取当前对象指针，无需显式传递
作用域解析：类名直接作为类型名，无需typedef
命名空间：使用namespace避免命名冲突

3、代码组织

C++：

相关数据和函数组织在一个类中
更符合"高内聚"的设计原则
代码可读性和维护性更好

C：

数据和函数分离
需要手动管理数据和函数的关系
容易产生命名冲突

五、实现思路详解

C语言实现思路

数据结构定义：
- 使用结构体ST存储栈的数组指针、栈顶位置和容量
- typedef定义栈元素类型，便于修改
函数设计：
- 每个操作函数都需要显式接收栈结构体指针
- 使用断言(assert)检查指针有效性
- 动态内存管理完全手动控制
使用方式：
- 必须先声明结构体变量
- 每个操作都需要传递结构体地址
- 需要显式初始化和销毁

C++实现思路

类设计：
- 将数据和操作封装在Stack类中
- 成员变量设为private保护数据
- 成员函数提供操作接口
自动关联：
- 成员函数自动关联到对象实例
- 通过this指针隐式访问成员数据
- 无需显式传递对象指针
资源管理：
- 仍使用手动内存管理(后续可改进为RAII)
- 提供完整的初始化、销毁接口
使用便利性：
- 对象创建后直接调用方法
- 方法调用更直观简洁
- 缺省参数简化常见用例

六、两种实现的对比总结

特性	C实现	C++实现
数据与操作	分离	绑定在类中
访问控制	无，可直接访问所有成员	通过访问限定符控制
对象传递	需要显式传递指针	隐式this指针传递
类型定义	需要typedef	类名即类型
初始化	需要单独调用初始化函数	可带默认参数
内存管理	手动	手动(后续可用构造函数/析构函数改进)
代码组织	分散	集中