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一、 栈的概念及结构
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
栈的结构与羽毛球桶，弹夹类似，都是后进先出
简单来说，就是后进去的元素，先出来，先进去的元素，后出来
二、栈的实现
为了实现栈，现在我们可以分析一下顺序表与链表之间的区别。
顺序表与链表的区别
| 不同点 | 顺序表 | 链表 |
|---|---|---|
| 存储空间上 | 物理上一定连续 | 逻辑上连续，但物理上不一定连续 |
| 随机访问 | 支持O(1) | 不支持：O(N) |
| 任意位置插入或者删除元素 | 可能需要搬移元素，效率低O(N) | 只需修改指针指向 |
| 插入 | 动态顺序表，空间不够时需要扩容 | 没有容量的概念 |
| 应用场景 | 元素高效存储+频繁访问 | 任意位置插入和删除频繁 |
| 缓存利用率 | 高 | 低 |
虽然利用双向链表也可以实现栈，但是有点大材小用了，毕竟，栈只需要知道栈顶就行了，不需要双向指针
对于单链表，也是可以实现栈，但是它不能随机访问，并且元素的存储不连续，相当于顺序表而言，不太高效
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，所以接下来我们使用数组来实现栈
定义栈
栈的初始化
注意：此时的top为栈顶元素的下一个位置，因此初始化为0
若top指向栈顶元素，因为一开始没有元素，因此初始化为-1
栈的销毁
入栈
出栈
返回栈顶数据
判空
栈数据个数
三、栈的代码
Stack.h
c
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>
//创建一个动态的栈
typedef int STDateType;
typedef struct Stack
{
STDateType* a;//储存指定数据类型的数组
int top;//栈顶
int capacity;//栈的容量
}ST;
//栈的初始化和销毁
void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);
//入栈和出栈
void STPush(ST* pst, STDateType x);
void STPop(ST* pst);
//返回栈顶数据
STDateType STTop(ST* pst);
//判空
bool STEmpty(ST* pst);
//栈数据个数
int STSize(ST* pst);Stack.c
c
#include "Stack.h"
//栈的初始化
void STInit(ST* pst)
{
assert(pst);
pst->a = NULL;
//指向栈顶元素的下一个位置
pst->top = 0;
//指向栈顶元素
//pst->top = -1;
pst->capacity = 0;
}
//栈的销毁
void STDestroy(ST* pst)
{
assert(pst);
free(pst->a);
pst->a = NULL;
pst->top = 0;
pst->capacity = 0;
}
//入栈
void STPush(ST* pst, STDateType x)
{
assert(pst);
//如果容量不够,需要扩容
if (pst->top == pst->capacity)
{
int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;
STDateType* tmp = (STDateType*)realloc(pst->a, newcapacity * sizeof(ST));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
pst->a = tmp;
pst->capacity = newcapacity;
}
//储存数据
pst->a[pst->top++] = x;
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{
assert(pst);
assert(pst->top > 0);
pst->top--;
}
//返回栈顶数据
STDateType STTop(ST* pst)
{
assert(pst);
assert(pst->top > 0);
return pst->a[pst->top - 1];
}
//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top == 0;
}
//栈数据个数
int STSize(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top;
}test.c
c
#include "Stack.h"
//测试代码
int main()
{
ST s;
STInit(&s);
STPush(&s, 1);
STPush(&s, 2);
STPush(&s, 3);
STPush(&s, 4);
STPush(&s, 5);
printf("栈的数据个数为%d个\n", STSize(&s));
while (!STEmpty(&s))
{
printf("栈顶数据为%d\n", STTop(&s));
STPop(&s);
}
STDestroy(&s);
return 0;
}