2024年6月3日 星期一

12.VB.NET 筆記 基礎篇 - 堆疊 (Stack)

VB.NET 堆疊（Stack）筆記（基礎篇）

VB.NET 堆疊（Stack） 筆記（基礎篇）

Stack(Of T) 是用來保存資料的一種集合，特色是「最後放入的資料，會最先被取出」。這種順序稱為 LIFO，也就是 Last In, First Out。

堆疊適合處理需要「回到最近一步」、「先處理最上層」、「暫存一連串待還原動作」的流程。理解 Stack 時，重點不是背方法名稱，而是看懂資料從哪裡進、從哪裡出，以及為什麼只能優先操作頂端資料。

先理解 Stack 的順序

Stack 的核心：後放上去的先拿下來

Stack 可以想成一疊由上往下堆放的資料。新增資料時放在最上面；取資料時，也從最上面開始取。因此最後加入的資料，會比前面加入的資料更早被處理。

  • Push：把資料放到堆疊頂端。
  • Pop：取出頂端資料，並從堆疊移除。
  • Peek：查看頂端資料，但不移除。
  • Count：查看目前有幾筆資料。

適合使用 Stack 的判斷方式：

  1. 只需要處理最新加入的資料：例如最新動作、最上層項目、最近一筆紀錄。
  2. 需要回復最近一步：例如撤銷、退回、回到上一個狀態。
  3. 需要成對檢查：例如開啟標記與關閉標記是否正確對應。
操作 做什麼 是否改變堆疊
Push 把資料放到頂端。 會增加一筆資料。
Pop 取出頂端資料。 會移除一筆資料。
Peek 查看頂端資料。 不會移除資料。
Count 取得資料筆數。 不會移除資料。

Stack(Of T) 的基本操作

場景一：客服便條堆疊

這個範例用客服便條來示範 Push、Peek、Pop。新便條會放到最上方，查看時看到最上方便條，處理時也會先取出最上方便條。

需要的主控項
  • TextBoxSlip：輸入便條內容。
  • ButtonAddSlip：放入便條。
  • ButtonViewTopSlip：查看最上方便條。
  • ButtonProcessSlip：處理最上方便條。
  • LabelSlipStatus：顯示目前狀態。
  • LabelSlipCount：顯示便條數量。
範例程式碼
VB.NET / Windows Forms 
Imports System.Collections.Generic

Public Class Form1
    Private serviceSlips As New Stack(Of String)

    Private Sub ButtonAddSlip_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonAddSlip.Click
        Dim slipText As String = TextBoxSlip.Text.Trim()

        If slipText = String.Empty Then
            LabelSlipStatus.Text = "請先輸入便條內容"
            Return
        End If

        serviceSlips.Push(slipText)
        TextBoxSlip.Clear()
        RefreshSlipStatus("已放入便條：" & slipText)
    End Sub

    Private Sub ButtonViewTopSlip_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonViewTopSlip.Click
        If serviceSlips.Count = 0 Then
            RefreshSlipStatus("目前沒有便條")
            Return
        End If

        RefreshSlipStatus("最上方便條：" & serviceSlips.Peek())
    End Sub

    Private Sub ButtonProcessSlip_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonProcessSlip.Click
        If serviceSlips.Count = 0 Then
            RefreshSlipStatus("沒有可處理的便條")
            Return
        End If

        Dim doneSlip As String = serviceSlips.Pop()
        RefreshSlipStatus("已處理便條：" & doneSlip)
    End Sub

    Private Sub RefreshSlipStatus(ByVal message As String)
        LabelSlipStatus.Text = message
        LabelSlipCount.Text = "便條數量：" & serviceSlips.Count.ToString()
    End Sub
End Class
操作結果範例
依序放入：查詢發票、修改電話、補寄通知 查看最上方便條：補寄通知 處理最上方便條：補寄通知 便條數量：2
邏輯解析
  • Push 會把新便條放到最上方。
  • Peek 只查看最上方便條，數量不會減少。
  • Pop 會取出並移除最上方便條。
  • 每次 Pop 或 Peek 前都先檢查 Count，避免空堆疊例外。

應用一：撤銷最近動作

場景二：海報編輯動作撤銷

撤銷功能很適合使用 Stack。每次編輯都把動作記錄放進堆疊；按下撤銷時，最後做的動作會最先被取出。

需要的主控項
  • ButtonAddTitle：加入標題動作。
  • ButtonAddPhoto：加入照片動作。
  • ButtonChangeColor：加入換色動作。
  • ButtonUndo：撤銷最近動作。
  • TextBoxLog：顯示動作紀錄，建議設定 Multiline=True。
範例程式碼
VB.NET / Windows Forms 
Imports System.Collections.Generic

Public Class PosterAction
    Public Property ActionName As String
    Public Property DetailText As String

    Public Sub New(ByVal actionName As String, ByVal detailText As String)
        Me.ActionName = actionName
        Me.DetailText = detailText
    End Sub

    Public Function BuildText() As String
        Return ActionName & "｜" & DetailText
    End Function
End Class

Public Class Form1
    Private undoStack As New Stack(Of PosterAction)

    Private Sub Form1_Load(sender As Object, e As EventArgs) Handles MyBase.Load
        TextBoxLog.Multiline = True
        TextBoxLog.ScrollBars = ScrollBars.Vertical
    End Sub

    Private Sub ButtonAddTitle_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonAddTitle.Click
        AddPosterAction("加入標題", "春季活動海報")
    End Sub

    Private Sub ButtonAddPhoto_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonAddPhoto.Click
        AddPosterAction("加入照片", "主視覺圖片")
    End Sub

    Private Sub ButtonChangeColor_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonChangeColor.Click
        AddPosterAction("更換色系", "橘色主題")
    End Sub

    Private Sub ButtonUndo_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonUndo.Click
        If undoStack.Count = 0 Then
            TextBoxLog.AppendText("沒有可撤銷的動作" & Environment.NewLine)
            Return
        End If

        Dim lastAction As PosterAction = undoStack.Pop()
        TextBoxLog.AppendText("撤銷：" & lastAction.BuildText() & Environment.NewLine)
    End Sub

    Private Sub AddPosterAction(ByVal actionName As String, ByVal detailText As String)
        Dim action As New PosterAction(actionName, detailText)
        undoStack.Push(action)
        TextBoxLog.AppendText("完成：" & action.BuildText() & Environment.NewLine)
    End Sub
End Class
操作結果範例（TextBoxLog）
完成：加入標題｜春季活動海報 完成：加入照片｜主視覺圖片 完成：更換色系｜橘色主題 撤銷：更換色系｜橘色主題
邏輯解析
  • 每次編輯海報時，都把動作物件放入 undoStack。
  • 最後完成的「更換色系」位於頂端，因此最先被撤銷。
  • 堆疊不需要搜尋中間資料，因為撤銷永遠處理最近一次動作。

應用二：觀察堆疊列舉順序

場景三：收納箱從上往下列出

列舉 Stack 時，會從頂端開始往下列出。這點和一般 List 的直覺不同，因此很適合用收納箱示範：最後放上去的物品會先被看到。

需要的主控項
  • ButtonShowBox：顯示收納箱內容。
  • ListBoxBoxItems：列出物品順序。
範例程式碼
VB.NET / Windows Forms 
Imports System.Collections.Generic

Public Class Form1
    Private boxItems As New Stack(Of String)

    Private Sub Form1_Load(sender As Object, e As EventArgs) Handles MyBase.Load
        boxItems.Push("桌墊")
        boxItems.Push("筆記本")
        boxItems.Push("充電線")
        boxItems.Push("識別證套")
    End Sub

    Private Sub ButtonShowBox_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonShowBox.Click
        ListBoxBoxItems.Items.Clear()

        For Each itemName As String In boxItems
            ListBoxBoxItems.Items.Add(itemName)
        Next
    End Sub
End Class
畫面輸出結果（ListBoxBoxItems）
識別證套 充電線 筆記本 桌墊
邏輯解析
  • 加入順序是桌墊、筆記本、充電線、識別證套。
  • 列舉時從頂端開始，因此先看到最後放入的識別證套。
  • 若需要按照原始加入順序顯示，Stack 不是最直覺的集合。

應用三：檢查成對標記

場景四：檢查菜單模板標記是否閉合

成對符號檢查是 Stack 的典型應用。這裡不用抽象括號題，而是改成菜單模板：模板中可能使用 {}、[]、() 標記欄位，檢查時需要確認每個開啟標記都有正確閉合。

需要的主控項
  • TextBoxTemplate：輸入菜單模板文字。
  • ButtonCheckTemplate：檢查標記。
  • LabelCheckResult：顯示檢查結果。
範例程式碼
VB.NET / Windows Forms 
Imports System.Collections.Generic

Public Class Form1
    Private Sub ButtonCheckTemplate_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles ButtonCheckTemplate.Click
        Dim templateText As String = TextBoxTemplate.Text

        If IsMarkerPairValid(templateText) Then
            LabelCheckResult.Text = "模板標記正確"
        Else
            LabelCheckResult.Text = "模板標記不完整或順序錯誤"
        End If
    End Sub

    Private Function IsMarkerPairValid(ByVal text As String) As Boolean
        Dim markerStack As New Stack(Of Char)

        For Each ch As Char In text
            If ch = "("c OrElse ch = "["c OrElse ch = "{"c Then
                markerStack.Push(ch)
            ElseIf ch = ")"c OrElse ch = "]"c OrElse ch = "}"c Then
                If markerStack.Count = 0 Then
                    Return False
                End If

                Dim leftMarker As Char = markerStack.Pop()

                If Not IsPair(leftMarker, ch) Then
                    Return False
                End If
            End If
        Next

        Return markerStack.Count = 0
    End Function

    Private Function IsPair(ByVal leftMarker As Char, ByVal rightMarker As Char) As Boolean
        Return (leftMarker = "("c AndAlso rightMarker = ")"c) OrElse
               (leftMarker = "["c AndAlso rightMarker = "]"c) OrElse
               (leftMarker = "{"c AndAlso rightMarker = "}"c)
    End Function
End Class
畫面輸出結果（TextBoxTemplate = 今日套餐{主餐[飲品(冰量)]}）
模板標記正確
邏輯解析
  • 遇到左標記時使用 Push 放入堆疊。
  • 遇到右標記時使用 Pop 取出最近的左標記進行配對。
  • 若右標記出現時堆疊是空的，代表沒有對應的左標記。
  • 檢查結束後堆疊必須為空，才代表所有左標記都已閉合。

Stack 與其他集合的差異

集合 適合情境 取資料順序
Stack(Of T) 撤銷、回退、最近資料優先處理。 後進先出。
Queue(Of T) 排隊、叫號、先到先處理。 先進先出。
List(Of T) 需要索引、排序、搜尋、列出全部資料。 依索引位置操作。

常見誤區

  • 把 Stack 當成一般清單：若常常需要讀中間元素，應改用 List(Of T)。
  • 忘記空堆疊檢查：對空堆疊呼叫 Pop 或 Peek 會發生例外。
  • 需求其實是排隊：若要先進先出，應使用 Queue(Of T)。
  • 只記方法不看順序：Stack 的重點是 LIFO，不是單純會新增與移除資料。

效能與使用限制

操作 時間複雜度 說明
Push O(1) 把元素放到頂端。
Pop O(1) 取出並移除頂端元素。
Peek O(1) 查看頂端元素。
Count O(1) 取得元素數量。

使用限制：Stack 很適合操作頂端資料，但不適合頻繁搜尋、排序或直接修改中間資料。若需求不是「最近加入的資料優先處理」，通常要先考慮其他集合。

重點整理

  1. Stack(Of T) 是後進先出的集合。
  2. Push 會把資料放到頂端。
  3. Pop 會取出並移除頂端資料。
  4. Peek 只查看頂端資料，不會移除。
  5. 呼叫 Pop 或 Peek 前應先檢查 Count。
  6. Stack 適合撤銷、回退、最近資料優先處理與成對標記檢查。
  7. 若需求是先進先出，應使用 Queue(Of T)。
  8. 若需求是索引、排序或搜尋，通常更適合 List(Of T)。
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