C#中泛型容器Stack<T>的用法并实现”撤销/重做”功能

.Net为我们提供了众多的泛型集合。比如，Stack<T>先进后出，Queue<T>先进先出，List<T>集合元素可排序，支持索引，LinkedList<T>，双向链表的泛型实现，不支持索引;ISet<T>不允许被复制，他有2个实现，一个是HashSet<T>,不维持集合元素的排序，另一个是SortedSet<T>,支持集合元素的排序;IDictionary<TKey, TValue>是一个字典集合的泛型接口，SortedList<TKey,TValue>实现了IDictionary<TKey, TValue>，但同时也是集合，维持集合元素的排序，支持按键或按值索引。

本篇体验Stack<T>的用法。

基本用法

Stack<T>是Stack的泛型实现，提供了若干方法和属性，比如入栈、出栈、查看栈顶元素，查看栈内集合元素数量，等等。栈的最大特点是先进后出，可以把栈想像成一堆叠起来的盘子，入栈就是把一个个盘子放到最上面，出栈就是从最上面把盘子拿掉。用法比较简单：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var customer1 = new Customer() {ID = 1, Name = "张三", Gender = "男"};
            var customer2 = new Customer() { ID = 2, Name = "李四", Gender = "男" };
            Stack<Customer> stackCustomers = new Stack<Customer>();
            //入栈
            stackCustomers.Push(customer1);
            stackCustomers.Push(customer2);
            //查看栈顶元素
            Customer topCustomer = stackCustomers.Peek();
            Console.WriteLine("栈顶元素是：" + topCustomer.Name);
            //遍历所有栈内元素
            foreach (var customer in stackCustomers)
            {
                Console.WriteLine("id is {0},name is {1}", customer.ID, customer.Name);
            }
            //出栈
            Customer outCustomer = stackCustomers.Pop();
            Console.WriteLine("正在出栈的是：" + outCustomer.Name);
            Console.WriteLine("当前栈内元素数量为：" + stackCustomers.Count);
            Console.ReadKey();
        }
    }
    public class Customer
    {
        public int ID { get; set; }
        public string Name { get; set; }
        public string Gender { get; set; }
    }

临摹一个泛型Stack<T>

泛型Stack类内部维护这一个泛型数组和索引指针，且指针的初始位置是-1。

入栈就是把指针往前提一位，并把入栈元素赋值给该栈内位置。另外，入栈要考虑是否达到容量上限，如果达到就要给数组扩容。

出栈就是让当前栈位置的元素值为入栈类型的默认值，并大指针后退一位。

获取栈顶元素就是获取栈当前索引位置对应的元素。

    public class MyStack<T>
    {
        //维护T类型的数组
        private T[] _elements;
        protected T[] Elements
        {
            get { return _elements; }
            set { _elements = value; }
        }
        public MyStack()
        {
            _capacity = 5;//初始值
            Elements = new T[Capacity];
        }
        public MyStack(int capacity)
        {
            Capacity = capacity;
            Elements = new T[Capacity];
        }
        //指针
        private int _index = -1;
        public int Index
        {
            get { return _index; }
            set { _index = value; }
        }
        //容量
        private int _capacity;
        public int Capacity
        {
            get { return _capacity; }
            set { _capacity = value; }
        }
        //长度=索引+1
        public int Length
        {
            get { return Index + 1; }
        }
        //入栈
        public void Push(T element)
        {
            if (this.Length == Capacity)
            {
                IncreaseCapacity();
            }
            Index++;
            Elements[Index] = element;
        }
        //出栈
        public T Pop()
        {
            if (this.Length < 1)
            {
                throw new InvalidOperationException("栈内已空");
            }
            T element = Elements[Index];
            //原先位置元素变成默认值
            Elements[Index] = default(T);
            //索引减一
            Index--;
            return element;
        }
        //获取栈顶元素
        public T Peek()
        {
            if (this.Length < 1)
            {
                throw new InvalidOperationException("栈内已空");
            }
            return Elements[Index];
        }
        private void IncreaseCapacity()
        {
            Capacity++;
            Capacity *= 2;
            //创建新的T类型数组
            T[] newElements = new T[Capacity];
            //把原先的数组复制到新的数组中来
            Array.Copy(Elements, newElements, Elements.Length);
            Elements = newElements;
        }
    }

现在，在客户端，实施一系列的入栈和出栈操作。

        static void Main(string[] args)
        {
           //创建泛型Stack实例
            MyStack<int> myStack = new MyStack<int>();
            //遍历10次入栈
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine(i + "开始入栈");
                myStack.Push(i);
                Console.WriteLine("当前栈的长度是：" + myStack.Length);
            }

            //遍历10次出栈
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine("当前出栈的是" + myStack.Peek());
                myStack.Pop();
                Console.WriteLine("当前栈的长度是：" + myStack.Length);
            }
            //所有出栈结束，再查看栈顶元素抛异常
            try
            {
                myStack.Peek();
            }
            catch (InvalidOperationException ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
            //所有出栈结束，再出栈抛异常
            try
            {
                myStack.Pop();
            }
            catch (InvalidOperationException ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
            Console.ReadKey();
        }

其实，泛型Stack<T>的内部也是维护着一个数组，数组的容量是动态变化的，这一点很像List<T>，就像这里提到的。

使用泛型Stack<T>实现"撤销/重做"操作

首先，操作或撤销操作是针对某种类型的撤销或重做，提炼出一个接口。

    public interface ICommand<T>
    {
        T Do(T input);
        T Undo(T input);
    }

假设，这里想实现对整型数的"撤销/重做"操作。

    public class AddIntCommand : ICommand<int>
    {
        private int _value;
        public int Value
        {
            get { return _value; }
            set { _value = value; }
        }
        public AddIntCommand()
        {
            _value = 0;
        }
        public AddIntCommand(int value)
        {
            _value = value;
        }
        //执行操作
        public int Do(int input)
        {
            return input + _value;
        }
        //撤销操作
        public int Undo(int input)
        {
            return input - _value;
        }
    }

接下来，需要一个泛型类来管理所有撤销或操作命令，把这些命令放在Stack<ICommand<T>>泛型集合中。

    //使用泛型Stack实现撤销或重做
    public class UndoRedoStack<T>
    {
        private Stack<ICommand<T>> _undo;//有关撤销的泛型stack
        private Stack<ICommand<T>> _redo;//有关重做的泛型stack
        public UndoRedoStack()
        {
            Reset();
        }
        //记录撤销的数量
        public int UndoCount
        {
            get { return _undo.Count; }
        }
        //记录重做的数量
        public int RedoCount
        {
            get { return _redo.Count; }
        }
        //恢复到出厂设置
        public void Reset()
        {
            _undo = new Stack<ICommand<T>>();
            _redo = new Stack<ICommand<T>>();
        }
        //执行操作
        public T Do(ICommand<T> cmd, T input)
        {
            T output = cmd.Do(input);
            //把刚才的命令放入有关撤销的stack中
            _undo.Push(cmd);
            //一旦启动一个新命令，有关重做的stack清空
            _redo.Clear();
            return output;
        }
        //撤销操作
        public T Undo(T input)
        {
            if (_undo.Count > 0)
            {
                //出栈
                ICommand<T> cmd = _undo.Pop();
                T output = cmd.Undo(input);
                _redo.Push(cmd);
                return output;
            }
            else
            {
                return input;
            }
        }
        //重做操作
        public T Redo(T input)
        {
            if (_redo.Count > 0)
            {
                ICommand<T> cmd = _redo.Pop();
                T output = cmd.Do(input);
                _undo.Push(cmd);
                return output;
            }
            else
            {
                return input;
            }
        }
    }

最后，在客户端按如下调用：

        static void Main(string[] args)
        {
            UndoRedoStack<int> intCalulator = new UndoRedoStack<int>();
            int count = 0;
            count = intCalulator.Do(new AddIntCommand(10), count);
            count = intCalulator.Do(new AddIntCommand(20), count);
            Console.WriteLine("第一次计算的值为：{0}",count);
            //执行撤销操作一次
            count = intCalulator.Undo(count);
            Console.WriteLine("第二次计算的值为：{0}",count);
            Console.ReadKey();
        }

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