数据结构——顺序栈与链式栈的实现

m0_747124532024-01-06 15:07

目录

一、概念

1、栈的定义

2、栈顶

3、栈底

二、接口

1、可写接口

1）数据入栈

2）数据出栈

3）清空栈

2、只读接口

1）获取栈顶数据

2）获取栈元素个数

3）栈的判空

三、栈的基本运算

[四、顺序栈（Sequential Stack）实现](#四、顺序栈（Sequential Stack）实现)

1、数据结构定义

2、创建栈

3、清空栈

4、判断栈是否为空

5、判断栈是否饱和

6、入栈

7、出栈

8、取栈顶元素

9、释放malloc申请的内存

打印栈中所有元素示例

五、栈的链表实现

1、数据结构定义

2、创建栈

3、清空栈

4、判断栈是否为空

5、入栈

6、出栈

7、取栈顶元素

8、释放malloc申请的内存

打印栈中所有元素示例

六、两种实现的优缺点

1、顺序表实现

2、链表实现

一、概念

1、栈的定义

  栈 是仅限在 表尾 进行 插入 和 删除 的 线性表 。

  栈 又被称为 后进先出 （Last In First Out） 的线性表，简称 LIFO 。

2、栈顶

  栈 是一个线性表，我们把允许 插入 和 删除 的一端称为 栈顶 。

3、栈底

  和 栈顶 相对，另一端称为 栈底 ，实际上，栈底的元素我们不需要关心。

二、接口

1、可写接口

1）数据入栈

  栈的插入操作，叫做 入栈 ，也可称为 进栈、压栈。如下图所示，代表了三次入栈操作：

2）数据出栈

  栈的删除操作，叫做 出栈 ，也可称为 弹栈。如下图所示，代表了两次出栈操作：

3）清空栈

  一直 出栈 ，直到栈为空，如下图所示：

2、只读接口

1）获取栈顶数据

  对于一个栈来说只能获取 栈顶 数据，一般不支持获取 其它数据。

2）获取栈元素个数

  栈元素个数一般用一个额外变量存储，入栈 时加一，出栈 时减一。这样获取栈元素的时候就不需要遍历整个栈。通过 �(1)O(1) 的时间复杂度获取栈元素个数。

3）栈的判空

  当栈元素个数为零时，就是一个空栈，空栈不允许 出栈 操作。

三、栈的基本运算

创建空栈 : CreateStack (len)

清空栈 : ClearStack (S)

判断是否栈空 : EmptyStack (S)

判断是否栈满 : FullStack (S)

元素进栈 : PushStack (S,x)

元素出栈 : PopStack (S)

取栈顶元素 : GetTop (S)

四、顺序栈（**Sequential Stack）**实现

1、数据结构定义

对于顺序表，在 C语言 中表现为 数组 ，在进行 栈的定义 之前，我们需要考虑以下几个点：

  1）栈数据的存储方式，以及栈数据的数据类型；

  2）栈的大小；

  3）栈顶指针；

  • 我们可以定义一个 栈 的 结构体，C语言实现如下所示：
cpp 复制代码 
typedef int datatype;
typedef struct node{     /*定义栈中数据元素的数据类型*/
	datatype *data;      /*用指针指向栈的存储空间*/
	int maxlen;          /*当前栈的最大元素个数*/
	int top;             /*指示栈顶位置(数组下标)的变量*/
}sqstack;                /*顺序栈类型定义*/

2、创建栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
sqstack* stack_create(int len)
{
	sqstack *s;

	if((s=(sqstack *)malloc(sizeof(sqstack)))==NULL)
	{
		puts("malloc failed");
		return NULL;
	}
	if((s->data=(datatype *)malloc(len*sizeof(datatype)))==NULL)
		
	{
		puts("malloc failed");
		return NULL;
	}
	s->maxlen=len;
	s->top=-1;

	return s;
}

3、清空栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
void stack_clear(sqstack* s)
{
	s->top = -1;
}

4、判断栈是否为空

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
int stack_empty(sqstack* s)
{
	return (s->top==-1 ? 1:0);
}

5、判断栈是否饱和

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
int stack_full(sqstack* s)
{
	return (s->top==(s->maxlen-1) ? 1:0);
}

6、入栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
int stack_push(sqstack* s,datatype value)
{
	if(s->top==s->maxlen-1){
		puts("stack is full");
		return -1;
	}

	s->data[s->top+1]=value;
	s->top++;

	return 1;
}

7、出栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
datatype stack_pop(sqstack* s)
{
	s->top--;
	return s->data[s->top+1];
}

8、取栈顶元素

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
datatype stack_top(sqstack* s)
{
	return(s->data[s->top]);
}

9、释放malloc申请的内存

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
void stack_free(sqstack *s)
{
	free(s->data);
	s->data=NULL;

	free(s);
	s=NULL;
}

打印栈中所有元素示例

C语言实现如下所示：

sqstack.h

cpp 复制代码 
#ifndef __LINKLIST_H__
#define __LINKLIST_H__

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef int datatype;

typedef struct node{
	datatype *data;
	int maxlen;
	int top;
}sqstack;

extern sqstack* stack_create(int len);
extern int stack_empty(sqstack* s);
extern int stack_full(sqstack* s);
extern void stack_clear(sqstack* s);
extern int stack_push(sqstack* s,datatype value);
extern datatype stack_pop(sqstack* s);
extern datatype stack_top(sqstack* s);
extern void stack_free(sqstack *s);

#endif

sqstack.c

cpp 复制代码 
#include "sqstack.h"

sqstack* stack_create(int len)
{
	sqstack *s;

	if((s=(sqstack *)malloc(sizeof(sqstack)))==NULL)
	{
		puts("malloc failed");
		return NULL;
	}
	if((s->data=(datatype *)malloc(len*sizeof(datatype)))==NULL)
		
	{
		puts("malloc failed");
		return NULL;
	}
	s->maxlen=len;
	s->top=-1;

	return s;
}

int stack_empty(sqstack* s)
{
	return (s->top==-1 ? 1:0);
}
int stack_full(sqstack* s)
{
	return (s->top==(s->maxlen-1) ? 1:0);
}
void stack_clear(sqstack* s)
{
	s->top = -1;
}
int stack_push(sqstack* s,datatype value)
{
	if(s->top==s->maxlen-1){
		puts("stack is full");
		return -1;
	}

	s->data[s->top+1]=value;
	s->top++;

	return 1;
}
datatype stack_pop(sqstack* s)
{
	s->top--;
	return s->data[s->top+1];
}
datatype stack_top(sqstack* s)
{
	return(s->data[s->top]);
}
void stack_free(sqstack *s)
{
	free(s->data);
	s->data=NULL;

	free(s);
	s=NULL;
}

test.c

cpp 复制代码 
#include "sqstack.h"

int main(int argc, const char *argv[])
{
	sqstack *s;
	int n=5;

	s=stack_create(n);

	stack_push(s,10);
	stack_push(s,20);
	stack_push(s,30);
	stack_push(s,40);
	stack_push(s,50);
	stack_push(s,60);
	
	while(!stack_empty(s))
	{
		printf("%d ",stack_pop(s));
	}
	putchar(10);

	stack_clear(s);
	stack_free(s);

	return 0;
}

Makefile

cpp 复制代码 
CC = gcc
CFLAGS =  -g -Wall

test:test.o sqstack.o
	$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^

.PHONY:clean
clean:
	rm  test *.o

-g : 产生符号调试工具(GNU的gdb)所必要的符号资讯，要想对源代码进行调试，我们就必须加入这个选项

-Wall : 表示允许发出gcc所有有用的报警信息

-c : 只是编译不链接,生成目标文件".o"

-o test : 表示把输出文件输出到file里

运行结果：

五、栈的链表实现

1、数据结构定义

对于链表，在进行 栈的定义 之前，我们需要考虑以下几个点：

  1）栈数据的存储方式，以及栈数据的数据类型；

  2）栈的大小；

  3）栈顶指针；

我们可以定义一个 栈 的 结构体，C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
typedef int datatype;

typedef struct node{
	datatype data;
	struct node* next;
}listnode,*linklist;

2、创建栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
linklist stack_create()
{
	linklist s;

	if((s=(linklist)malloc(sizeof(listnode)))==NULL){
		puts("malloc failed");
		return NULL;
	}
	s->next=NULL;

	return s;
}

3、清空栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
void stack_clear(linklist s)
{
	linklist p;

	printf("clear:");
	p=s->next;
	while(p)
	{
		s->next=p->next;
		printf("%d ",p->data);
		free(p);
		p=s->next;
	}
	putchar(10);
}

4、判断栈是否为空

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
int stack_empty(linklist s)
{
	return (s->next==NULL ? 1:0);
}

5、入栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
int stack_push(linklist s,datatype value)
{
	linklist p;
	if((p=(linklist)malloc(sizeof(listnode)))==NULL)
	{
		puts("malloc failed");
		return -1;
	}

	p->data = value;
	p->next=s->next;
	s->next = p;

	return 0;
}

6、出栈

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
datatype stack_pop(linklist s)
{
	linklist p;
	datatype ret;

	p=s->next;
	s->next=p->next;
	ret=p->data;

	free(p);
	p=NULL;

	return ret;
}

7、取栈顶元素

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
datatype stack_top(linklist s)
{
	return (s->next->data);
}

8、释放malloc申请的内存

C语言实现如下所示：

cpp 复制代码 
void stack_free(linklist s)
{
	linklist p;

	printf("free:");
	p=s;
	while(p)
	{
		s=s->next;
		printf("%d ",p->data);
		free(p);
		p=s;
	}
	putchar(10);

}

打印栈中所有元素示例

C语言实现如下所示：

linkstack.h

cpp 复制代码 
#ifndef __LINKLIST_H__
#define __LINKLIST_H__

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef int datatype;

typedef struct node{
	datatype data;
	struct node* next;
}listnode,*linklist;

extern linklist stack_create();
extern int stack_empty(linklist s);
extern void stack_clear(linklist s);
extern int stack_push(linklist s,datatype value);
extern datatype stack_pop(linklist s);
extern datatype stack_top(linklist s);
extern void stack_free(linklist s);

#endif

linkstack.c

cpp 复制代码 
#include "linkstack.h"

linklist stack_create()
{
	linklist s;

	if((s=(linklist)malloc(sizeof(listnode)))==NULL){
		puts("malloc failed");
		return NULL;
	}
	s->next=NULL;

	return s;
}
int stack_empty(linklist s)
{
	return (s->next==NULL ? 1:0);
}


int stack_push(linklist s,datatype value)
{
	linklist p;
	if((p=(linklist)malloc(sizeof(listnode)))==NULL)
	{
		puts("malloc failed");
		return -1;
	}

	p->data = value;
	p->next=s->next;
	s->next = p;

	return 0;
}

datatype stack_pop(linklist s)
{
	linklist p;
	datatype ret;

	p=s->next;
	s->next=p->next;
	ret=p->data;

	free(p);
	p=NULL;

	return ret;
}

datatype stack_top(linklist s)
{
	return (s->next->data);
}

void stack_clear(linklist s)
{
	linklist p;

	printf("clear:");
	p=s->next;
	while(p)
	{
		s->next=p->next;
		printf("%d ",p->data);
		free(p);
		p=s->next;
	}
	putchar(10);
}
void stack_free(linklist s)
{
	linklist p;

	printf("free:");
	p=s;
	while(p)
	{
		s=s->next;
		printf("%d ",p->data);
		free(p);
		p=s;
	}
	putchar(10);

}

test.c

cpp 复制代码 
#include "linkstack.h"

int main(int argc, const char *argv[])
{
	linklist s;
	
	s=stack_create();

	stack_push(s,10);
	stack_push(s,20);
	stack_push(s,30);
	stack_push(s,40);
	stack_push(s,50);
	stack_push(s,60);
	
#if 0
	while(!stack_empty(s))
	{
		printf("%d ",stack_pop(s));
	}
	putchar(10);
#endif
//	stack_clear(s);
	stack_free(s);
	return 0;
}

Makefile

cpp 复制代码 
CC = gcc
CFLAGS =  -g -Wall

test:test.o linkstack.o
	$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^

.PHONY:clean
clean:
	rm  test *.o

运行结果：

六、两种实现的优缺点

1、顺序表实现

  在利用顺序表实现栈时，入栈 和 出栈 的常数时间复杂度低，且 清空栈 操作相比 链表实现 能做到 O(1)，唯一的不足之处是：需要预先申请好空间，而且当空间不够时，需要进行扩容，扩容方式本文未提及，可以参考大佬文章：《C/C++ 面试 100 例》（四）vector 扩容策略。

2、链表实现

  在利用链表实现栈时，入栈 和 出栈 的常数时间复杂度略高，主要是每插入一个栈元素都需要申请空间，每删除一个栈元素都需要释放空间，且 清空栈 操作是 O(n) 的，直接将 栈顶指针 置空会导致内存泄漏。好处就是：不需要预先分配空间，且在内存允许范围内，可以一直 入栈，没有顺序表的限制。

相关推荐
倒头就睡的小比特3 天前
算法竞赛C++常用的STL
c++·算法
小羊没烦恼！3 天前
初探性能优化——2个月到4小时的性能提升
java·开发语言·windows·算法·c#
伞伞悦读3 天前
【第38期】Python 模块与包详解：import、from、模块搜索路径、包结构和 __init__
开发语言·python
猎头南楼3 天前
知识社区推荐系统实践：新用户冷启动与长短期兴趣建模的挑战 资深推荐算法工程师
人工智能·深度学习·算法·机器学习
m0_547486663 天前
《数据结构教程》全套 PPT课件2026
数据结构
C语言小火车3 天前
C/C++ 为什么需要编译器？
开发语言·c++
旖旎夜光3 天前
力控面试题 01.01： 判定字符是否唯一（位运算） —— 题解
c++·学习·算法·leetcode·力控
wzdark3 天前
大规模并行计算中的负载均衡算法研究4
算法
Because_of_Her13 天前
并查集-听课笔记
笔记·算法·并查集
霍霍的袁3 天前
【C++】map 和 set 的使用 | 从用法到底层
开发语言·c++·学习·visual studio
热门推荐
01国内可直接用、免费额度/永久免费的大模型API清单（含 SiliconFlow、火山、阿里、智谱、百度、Kimi、DeepSeek、DMXAPI 等）02Telegram APK 下载安装完整指南 — 2026年最新03GitHub 镜像站点04蜘蛛磁力 搜索引擎大全，如何使用蜘蛛磁力查找磁力链接05历年考研数学一、数学二、数学三真题试卷及答案PDF062026 爱知・名古屋亚运会怎么看？直播平台+赛程安排分享07如何新建文件夹？ 电脑新建文件夹的4种方法08微信历史版本含下载地址（ Windows PC | 安卓 | MAC ）及设置微信不更新09人工智能（AI）发展史：详细里程碑102026年CSP-J初赛分数线-----预测