【数据结构】栈的实现

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🚀专栏：数据结构

🔥该文章主要了解实现栈的相关操作。

目录：

• [🌍 栈的概念](#🌍 栈的概念)
• 🌎栈的实现
• • [✉️ 初始化栈 和 销毁栈](#✉️ 初始化栈 和 销毁栈)
  • [✉️ 入栈](#✉️ 入栈)
  • [✉️ 出栈](#✉️ 出栈)
  • [✉️ 获取栈顶元素](#✉️ 获取栈顶元素)
  • [✉️ 获取栈中有效元素个数](#✉️ 获取栈中有效元素个数)
  • [✉️ 判空](#✉️ 判空)
  • [✉️ 接口测试](#✉️ 接口测试)
• [❤️ 结语](#❤️ 结语)

🌍 栈的概念

栈是一种特殊的线性表，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。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈 ，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素------压栈和出栈都是在栈顶。

🌎栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，如果使用数组，以尾部为栈顶，压栈和出栈的时间消耗都为O(1)，唯一的缺陷就是需要扩容。如果考虑单链表，若以尾节点为栈顶，那么时间复杂度为O(N)，如果以头节点为栈顶，时间复杂度就是O(1)。相较于链表，数组结构的缓存利用率较高，相对而言更优一些。这里采用数组结构实现。

结构体：

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* arr;
	int capacity; // 记录容量
	int top;//栈顶
}ST;

✉️ 初始化栈 和 销毁栈

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

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

这里将top初始化为0，意味着top标记的是栈顶元素的下一个元素。top如果初始化为-1，那么标记的就是栈顶元素，初始化的不同，后续相关操作的实现方式也是不同的。

✉️ 入栈

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4: ps->capacity * 2;
		//如果 ps->a 为NULL，realloc的功能和malloc一样 
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

✉️ 出栈

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps->top > 0 && ps);
	ps->top--;
}

✉️ 获取栈顶元素

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps->top > 0 && ps);
	return ps->arr[ps->top-1];
}

✉️ 获取栈中有效元素个数

void STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

✉️ 判空

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

✉️ 接口测试

这样的逻辑就可以实现栈的特性。

void test()
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	STPush(&st, 5);
	STPush(&st, 6);
	STPush(&st, 7);
	STPush(&st, 8);
	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}
	STDestroy(&st);
}

❤️ 结语

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