数据结构：6、栈

c语言的小菜鸡2024-03-14 13:42

一、栈的概念

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/压栈/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。

如下图所示就是栈的进栈和出栈，全部代码附在文章末。

二、栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，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，所以这里就使用顺序表结构了。

1、栈的初始化与销毁

首先创建一个顺序表，因为栈的原理就是，后进先出，也就是相当于数组，最后一位一个个出去，而先进入的数据在数组的前面，所以就定义成顺序表.

所以定义在初始化中，把容量和栈顶也就是capacity和top这两个变量，但是数组的表示一般都是指向下一位，例如：arr[0]就是第一位数据，所以top定义为0但是他指向的数据的下一位，销毁就是把存放数据的指针a释放，因为是连续的所以释放一次就行了，容量和栈顶赋值为0，代码如下。

typedef int STDatetype;

typedef struct Stack
{
	STDatetype* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

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

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

2、判断是否为空

这个函数就是利用bool库函数的实现，当栈顶的数据top为0时就返回真，在外面使用也就是用个取反就可以了。

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

3、进栈与出栈

这个入栈的时候，需要先判定是否还有容量，也就是容量等于栈顶的时候就去申请空间，这里利用了三目运算符，当容量为0时赋值为4，不等于0直接乘上2，然利用realloc申请空间，然后把新的容量和地址分别赋给a和容量，realloc在地址为空时它相当于melloc这时可以运行测试下，测试代码和运行结果如下。

这里是从1到6入栈，但是出栈是后一个个出，所以就是6 5 4 3 2 1，因为这里测试了下判断有用吗，也就是栈为空时不能删，会报错断言。

// 入栈
void StackPush(ST* ps, STDatetype data)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		ST* newnode = (ST*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDatetype));
		if (newnode == NULL)
		{
			perror("recalloc fail");
			return;
		}
		ps->a = newnode;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

// 出栈
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

测试代码

void TestStack1()
{
	ST ST;
	int temp = 0;
	int size = 0;
	StackInit(&ST);
	StackPush(&ST, 1);
	StackPush(&ST, 2);
	StackPush(&ST, 3);
	StackPush(&ST, 4);
	StackPush(&ST, 5);
	StackPush(&ST, 6);
	temp=StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	StackDestroy(&ST);
}

4、获取栈顶的元素与栈的元素个数

差点忘了，上文中测试时，利用了这里才说的获取栈顶元素，因为获取一个删一个打印一下，这里就是获取元素的个数和获取栈顶元素，因为当数据为空时，有效元素个数为0，这里测试就是打印，然后当元素为空时，再去获取就会报错。

// 获取栈顶元素
STDatetype StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top-1];
}

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->top;
}

测试代码

void TestStack2()
{
	ST ST;
	int temp = 0;
	int size = 0;
	StackInit(&ST);
	StackPush(&ST, 1);
	StackPush(&ST, 2);
	StackPush(&ST, 3);
	StackPush(&ST, 4);
	StackPush(&ST, 5);
	StackPush(&ST, 6);
	size = StackSize(&ST);
	printf("\n%d\n", size);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	size = StackSize(&ST);
	printf("\n%d\n", size);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	size = StackSize(&ST);
	printf("\n%d\n", size);
	StackDestroy(&ST);
}

三、代码

ST.h

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

typedef int STDatetype;

typedef struct Stack
{
	STDatetype* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

// 初始化栈
void StackInit(ST* ps);
// 入栈
void StackPush(ST* ps, STDatetype data);
// 出栈
void StackPop(ST* ps);
// 获取栈顶元素
STDatetype StackTop(ST* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool StackEmpty(ST* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(ST* ps);

ST.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "ST.h"

// 初始化栈
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

// 入栈
void StackPush(ST* ps, STDatetype data)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		ST* newnode = (ST*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDatetype));
		if (newnode == NULL)
		{
			perror("recalloc fail");
			return;
		}
		ps->a = newnode;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

// 出栈
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

// 获取栈顶元素
STDatetype StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top-1];
}

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->top;
}

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

// 销毁栈
void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "ST.h"

void TestStack1()
{
	ST ST;
	int temp = 0;
	int size = 0;
	StackInit(&ST);
	StackPush(&ST, 1);
	StackPush(&ST, 2);
	StackPush(&ST, 3);
	StackPush(&ST, 4);
	StackPush(&ST, 5);
	StackPush(&ST, 6);
	temp=StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	StackDestroy(&ST);
}

void TestStack2()
{
	ST ST;
	int temp = 0;
	int size = 0;
	StackInit(&ST);
	StackPush(&ST, 1);
	StackPush(&ST, 2);
	StackPush(&ST, 3);
	StackPush(&ST, 4);
	StackPush(&ST, 5);
	StackPush(&ST, 6);
	size = StackSize(&ST);
	printf("\n%d\n", size);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	size = StackSize(&ST);
	printf("\n%d\n", size);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	temp = StackTop(&ST);
	StackPop(&ST);
	printf("%d ", temp);
	size = StackSize(&ST);
	printf("\n%d\n", size);
	StackDestroy(&ST);
}

void main()
{
	TestStack2();
	return 0;
}
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