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前言
前面我们介绍了第二种数据结构---链表,这里我们继续介绍下一种数据结构------栈!!!
一、什么是栈
栈: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(Last In First Out)原则。
压栈:栈的插入操作叫做进栈 / 压栈 / /入栈。
出栈:栈的删除操作叫做出栈。
二、栈的实现
1.栈的结构
栈的底层既可以用顺序表的结构来存储数据,也可以用链表的形式存储数据,但是我们一般选择顺序表。
原因:如果用链表,对于删除操作,我们就需要找到最后一个元素的前一个元素,要么用循环遍历的方式来找,这样时间复杂度为o(N),效率不高,要么使用双向链表,相较于顺序表在空间上浪费了一些。同时,由于CPU高速缓存的局部性原理,数组是连续空间在访问时效率更高!!!
注:如果非要用链表来实现栈,那么推荐用栈的插入推荐用单链表的头插和头删,这样避免了我们在删除时寻找倒数第二个节点的麻烦。
根据我们的推导:
栈的结构:
cpp
#define STDateType int
typedef struct Stack
{
STDateType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
2.栈的初始化和销毁
1.初始化:
cpp
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->a = NULL;
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
二:销毁
cpp
void STDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
3.栈的插入和删除
1.插入数据
cpp
void STPush(ST* ps, STDateType x)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
STDateType* tmp = (STDateType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDateType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc:");
return;
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
学习链表后,栈的插入和删除操作应该相对要更简单一些,这里就不做过多讲解了。
2.删除数据
删除数据时,需要检查栈是否为空,如果为空就不能再删除了
这里我们又实现了一个检查栈是否为空的函数:
cpp
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
删除数据:
cpp
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!STEmpty(ps));
ps->top--;
}
4.取栈顶元素
这里特别要注意的是,因为我们在初始化时给top的值为0,也就是说这里top表示的是栈顶元素的下一个。因此栈顶元素的下标是top-1。
注:这里初始化时也可以讲top初始化成-1,这样top表示的就是栈顶元素。插入数据就是先+1再插入。两种写法都可以,无优劣之分。
cpp
STDateType STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!STEmpty(ps));
return ps->a[ps->top - 1];
}
总结
栈的实现相较于链表还是很简单的,如果有些地方不太理解,可以去看看链表部分。
全部代码:
cpp
#define STDateType int
typedef struct Stack
{
STDateType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->a = NULL;
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
void STDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
void STPush(ST* ps, STDateType x)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
STDateType* tmp = (STDateType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDateType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc:");
return;
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!STEmpty(ps));
ps->top--;
}
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
STDateType STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!STEmpty(ps));
return ps->a[ps->top - 1];
}