Rust 数据结构与算法：4栈：用栈实现进制转换

2、进展转换

将十进制数转换为二进制表示形式的最简单方法是“除二法”，可用栈来跟踪二进制结果。

除二法

下面实现一个将十进制数转换为二进制或十六进制的算法，代码如下：

#[derive(Debug)]
struct Stack<T> {
    size: usize,  // 栈大小
    data: Vec<T>, // 栈数据
}

impl<T> Stack<T> {
    // 初始化空栈
    fn new() -> Self {
        Self {
            size: 0,
            data: Vec::new(), // 以 Vec 为低层
        }
    }

    fn is_empty(&self) -> bool {
        0 == self.size
    }

    fn len(&self) -> usize {
        self.size
    }

    // 清空栈
    fn clear(&mut self) {
        self.size = 0;
        self.data.clear();
    }

    // 将数据保存在 Vec 的末尾
    fn push(&mut self, val: T) {
        self.data.push(val);
        self.size += 1;
    }

    // 将栈顶减 1 后，弹出数据
    fn pop(&mut self) -> Option<T> {
        if 0 == self.size {
            return None;
        };
        self.size -= 1;
        self.data.pop()
    }

    // 返回栈顶数据引用和可变引用
    fn peek(&self) -> Option<&T> {
        if 0 == self.size {
            return None;
        }
        self.data.get(self.size - 1)
    }

    fn peek_mut(&mut self) -> Option<&mut T> {
        if 0 == self.size {
            return None;
        }
        self.data.get_mut(self.size - 1)
    }

    // 以下是为栈实现的迭代功能
    // into_iter: 栈改变，成为迭代器
    // iter: 栈不变，得到不可变迭代器
    // iter_mut：栈不变，得到可变迭代器

    fn into_iter(self) -> IntoIter<T> {
        // into_iter()方法获取了一个迭代器，然后进行迭代
        IntoIter(self)
    }

    fn iter(&self) -> Iter<T> {
        let mut iterator = Iter { stack: Vec::new() };
        for item in self.data.iter() {
            iterator.stack.push(item);
        }
        iterator
    }

    fn iter_mut(&mut self) -> IterMut<T> {
        let mut iterator = IterMut { stack: Vec::new() };
        for item in self.data.iter_mut() {
            iterator.stack.push(item);
        }
        iterator
    }
}
// 实现三种迭代功能
struct IntoIter<T>(Stack<T>);
// Iterator 是 Rust 的迭代器 迭代器（iterator）负责遍历序列中的每一项和决定序列何时结束的逻辑。当使用迭代器时，我们无需重新实现这些逻辑。
impl<T: Clone> Iterator for IntoIter<T> {
    // into_iter()方法获取了一个迭代器，然后进行迭代。
    type Item = T;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        // 迭代器之所以成为迭代器，是因为实现了Iterator trait。要实现该特征，最主要的就是实现其中的 next 方法，该方法控制如何从集合中取值，最终返回值的类型是关联类型 Item。
        if !self.0.is_empty() {
            self.0.size -= 1;
            self.0.data.pop()
        } else {
            None
        }
    }
}
// 'a 生命周期标识 用于帮助编译器检查引用的有效性，避免悬垂引用和使用已被释放的内存。
// 从所有权的角度来理解，就是它可以避免因为Copy或者clone的造成的不必要开销
struct Iter<'a, T: 'a> {
    stack: Vec<&'a T>, // 'a 被用在了传参类型 T 上
}
impl<'a, T> Iterator for Iter<'a, T> {
    type Item = &'a T; // 生命周期标识只作用于引用上，且放在&符号之后 如这里的 &'a T
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        self.stack.pop()
    }
}

struct IterMut<'a, T: 'a> {
    stack: Vec<&'a mut T>,
}
impl<'a, T> Iterator for IterMut<'a, T> {
    type Item = &'a mut T;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        self.stack.pop()
    }
}
fn main() {
    let num1 = 10;
    let num2 = 43;
    let bin_str = base_converter(num1, 2);
    let hex_str = base_converter(num2, 16);

    println!("{num1}(十进制) = {bin_str}(二进制), {num2}(十进制) = {hex_str}(十六进制)");
}

// 支持将 10进制数 转为 2 进制或 16 进制
fn base_converter(mut dec_num:u32,base:u32) -> String {
    // digits 对应各种余数的字符形式，尤其是 10-15
    let digits = ['0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'];
    let mut rem_stack = Stack::new();

    // 余数入栈
    while dec_num > 0 {
        let rem = dec_num % base;
        rem_stack.push(rem);
        dec_num /= base;
    }

    // 余数出栈并取对应字符以拼接成字符串
    let mut base_str = "".to_string();
    while !rem_stack.is_empty() {
        let rem = rem_stack.pop().unwrap() as usize;
        base_str += &digits[rem].to_string();
    }
    base_str
}

运行结果：