06 栈

1. 栈

1. 栈的概念和结构

栈: 这一种特殊的线性表，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: 栈的插入操作叫做压栈/入栈进栈,数据在栈顶

出栈: 栈的删除操作叫出栈,数据也在栈顶

选择题

第一个题依次入栈，那么出栈的顺序就是相反的，E是第一个，1是最后一个

第二题不可能的出栈顺序，想3先出栈，3前面的都得入栈，3出完栈后必须2出栈，所以C不可能

2. 实现

栈的实现可以用数组或者链表，相对而言数组的机构更优一些，因为数组尾插的代价更小

所以将数组的尾巴作为栈顶，0下标作为栈底

在结构体设计中，top代表栈顶的位置，初始化为0，代表下一个栈顶数据的位置。出栈和栈顶元素需要判断是不是空栈

头文件

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#pragma once
#include <stdbool.h>

typedef int DATATYPE;

typedef struct _Stack
{
	DATATYPE* ary;
	int top;        //指向下一个存放数据的位置
	int capacity;
}Stk;

//初始化
void Init(Stk* stack);
//入栈
void Push(Stk* stack, DATATYPE data);
//出栈
void Pop(Stk* stack);
//显示栈顶元素
DATATYPE Top(Stk* stack);
//栈大小
int Size(Stk* stack);
//是否为空
bool Empty(Stk* stack);
//销毁
void Destory(Stk* stack);

实现文件

c 复制代码

#include "Stack.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

void Init(Stk* stack)
{
    assert(stack);

    stack->ary = NULL;
    stack->top = 0;   //指向栈顶下一个位置
    stack->capacity = 0;
}

void Push(Stk* stack, DATATYPE data)
{
    assert(stack);

    //需要扩容
    if (stack->top == stack->capacity)
    {
        int newcap = stack->capacity == 0 ? 4 : stack->capacity * 2;
        DATATYPE* temp = (DATATYPE*)realloc(stack->ary, sizeof(newcap) * newcap);
        if (temp == NULL)
        {
            perror("realloc fail");
            return;
        }
        
        stack->ary = temp;
        stack->capacity = newcap;  
    }
    //存数据
    stack->ary[stack->top] = data;
    stack->top++;
}

bool Empty(Stk* stack)
{
    assert(stack);

    return stack->top == 0;
}

void Pop(Stk* stack)
{
    assert(stack);
    assert(!Empty(stack));

    stack->top--;
}

DATATYPE Top(Stk* stack)
{
    assert(stack);
    assert(!Empty(stack));

    return stack->ary[stack->top - 1];
}

int Size(Stk* stack)
{
    assert(stack);

    return stack->top;
}

void Destory(Stk* stack)
{
    assert(stack);

    free(stack->ary);
    stack->ary = NULL;
    stack->capacity = 0;
    stack->top = 0;
}

主文件

c 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "Stack.h"

int main()
{
	Stk st;
	Init(&st);
	Push(&st, 1);
	Push(&st, 2);
	Push(&st, 3);
	Push(&st, 4);

	while (!Empty(&st))
	{
		printf("->%d ", Top(&st));
		Pop(&st);
	}

	Destory(&st);
	return 0;
}

3.OJ题

有效的括号： https://leetcode.cn/problems/valid-parentheses/description/

思路

有两个不匹配，一个是数量不匹配，一个是内容不匹配。这个题可以利用栈结构，遇到左括号入栈，右括号出栈。出栈会自动匹配栈顶元素，也就是离的最近的括号，如果两个括号不匹配，说明不满足，也就是内容不匹配。如果出栈时栈为空或者字符串遍历完栈不为空，说明都是数量不匹配。C语言解决这个题最简单的方法就是先实现一个栈，直接调用栈结构，因为栈里面有栈顶、是否为空这些函数可以直接利用

c 复制代码

#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef char DATATYPE;

typedef struct _Stack {
    DATATYPE* ary;
    int top; //指向下一个存放数据的位置
    int capacity;
} Stk;

void Init(Stk* stack) {
    assert(stack);

    stack->ary = NULL;
    stack->top = 0; //指向栈顶下一个位置
    stack->capacity = 0;
}

void Push(Stk* stack, DATATYPE data) {
    assert(stack);

    //需要扩容
    if (stack->top == stack->capacity) {
        int newcap = stack->capacity == 0 ? 4 : stack->capacity * 2;
        DATATYPE* temp =
            (DATATYPE*)realloc(stack->ary, sizeof(newcap) * newcap);
        if (temp == NULL) {
            perror("realloc fail");
            return;
        }

        stack->ary = temp;
        stack->capacity = newcap;
    }
    //存数据
    stack->ary[stack->top] = data;
    stack->top++;
}

bool Empty(Stk* stack) {
    assert(stack);

    return stack->top == 0;
}

void Pop(Stk* stack) {
    assert(stack);
    assert(!Empty(stack));

    stack->top--;
}

DATATYPE Top(Stk* stack) {
    assert(stack);
    assert(!Empty(stack));

    return stack->ary[stack->top - 1];
}

int Size(Stk* stack) {
    assert(stack);

    return stack->top;
}

void Destory(Stk* stack) {
    assert(stack);

    free(stack->ary);
    stack->ary = NULL;
    stack->capacity = 0;
    stack->top = 0;
}

bool isValid(char* s) {

    Stk st;
    Init(&st);

    while (*s != '\0') {
        //左括号入栈
        if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{') {
            Push(&st, *s);
        } else
        //右括号出栈
        {
            //返回前销毁栈
            if (Empty(&st)) {
                Destory(&st);
                return false;
            }

            char ch = Top(&st);
            if ((*s == ')' && ch != '(') || (*s == ']' && ch != '[') ||
                (*s == '}' && ch != '{')) {
                Destory(&st);
                return false;
            }

            Pop(&st);
        }

        s++;
    }
    //栈不为空 数量不匹配
    if (!Empty(&st)) {
        Destory(&st);
        return false;
    }

    Destory(&st);
    return true;
}

目录

1. 栈

1. 栈的概念和结构

2. 实现

3.OJ题