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数据结构之栈详解

news 2025/6/25 13:11:47

1. 栈的概念以及结构

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/插栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。

2.栈的功能以及实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表来实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价比较小

这里定长的静态栈的结构，实现中一般不实用

//静态栈
typedef int STDataType;#define N 10
typedef struct Stack
{STDataType a[N];int top;
}Stack;

所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈

//支持动态增长的栈
typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a; int top;         //栈顶int capacity;    //容量
}Stack;

栈所需要实现的一些功能

//栈初始化
void STInit(ST* ps);
//清空栈
void STDestroy(ST* ps);//插入栈
void STPush(ST* ps);
//删除栈元素
void STPop(ST* ps);
//查看栈的大小
int STSize(ST* ps);
//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps);
//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

->1. 栈初始化

void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = (ST*)malloc(sizeof(ST) * CAPACITY__SIZE);if (NULL == ps->a){perror("STInit::malloc");return;}//压栈元素的下一个位置ps->top = 0;ps->capacity = CAPACITY__SIZE;
}

->2. 清空栈

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

->3. 插入栈

//插入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){ST* Expand = (ST*)realloc(ps->a,sizeof(ST) * ps->capacity * CAPACITY__SIZE);if (NULL == Expand){perror("STPop::malloc");exit(-1);}ps->a = Expand;ps->capacity *= CAPACITY__SIZE;}ps->a[ps->top++] = x;
}

->4. 删除栈元素

//删除栈元素
void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty);ps->top--;
}

->5. 查看栈的大小

//查看栈的大小
int STSize(ST* ps)
{return ps->top;
}

->6. 查看栈中有没有元素

//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps)
{return  ps->top == 0;
}

->7.输出栈顶元素

//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty);return ps->a[ps->top - 1];
}

整合以上我们来实现栈，下面是实现栈的完整代码

Stack.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>//动态栈
#define CAPACITY__SIZE 4
typedef int STDataType;typedef struct Stack
{int* a;int top;int capacity;
}ST;//栈初始化
void STInit(ST* ps);
//清空栈
void STDestroy(ST* ps);//插入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除栈元素
void STPop(ST* ps);
//查看栈的大小
int STSize(ST* ps);
//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps);
//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

Stack.c

#include "Stack.h"void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * CAPACITY__SIZE);if (NULL == ps->a){perror("STInit::malloc");return;}//压栈元素的下一个位置ps->top = 0;ps->capacity = CAPACITY__SIZE;
}//清空栈
void STDestroy(ST* ps)
{free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}//插入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){STDataType* Expand = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * ps->capacity * CAPACITY__SIZE);if (NULL == Expand){perror("STPop::malloc");exit(-1);}ps->a = Expand;ps->capacity *= CAPACITY__SIZE;}ps->a[ps->top++] = x;
}//删除栈元素
void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));ps->top--;
}
//查看栈的大小
int STSize(ST* ps)
{return ps->top;
}//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps)
{return  ps->top == 0;
}//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));return ps->a[ps->top - 1];
}

test.c

#include "Stack.h"int main()
{ST Stack;STInit(&Stack);STPush(&Stack, 1);STPush(&Stack, 2);STPush(&Stack, 3);STPush(&Stack, 4);STPush(&Stack, 5);/*while (!STEmpty(&Stack)){printf("%d->", Stack.a[--Stack.top]);}printf("NULL\n");*/while (!STEmpty(&Stack)){printf("%d ", STTop(&Stack));STPop(&Stack);}printf("\n");STDestroy(&Stack);return 0;
}

测试结果：