栈的实现详解

[1. 栈](#1. 栈)
- [1.1 栈的概念及结构](#1.1 栈的概念及结构)
- [1.2 栈的实现方式](#1.2 栈的实现方式)
- [1.3 栈的应用场景](#1.3 栈的应用场景)
[2. 栈的实现](#2. 栈的实现)
- [2.1 结构体](#2.1 结构体)
- [2.2 初始化](#2.2 初始化)
- [2.3 销毁](#2.3 销毁)
- [2.4 入栈](#2.4 入栈)
- [2.5 出栈](#2.5 出栈)
- [2.6 获取栈顶元素](#2.6 获取栈顶元素)
- [2.7 判空](#2.7 判空)
- [2.8 获取个数](#2.8 获取个数)
[3. test主函数](#3. test主函数)
[4. Stack.c文件](#4. Stack.c文件)
[5. Stack.h文件](#5. Stack.h文件)
[6. 运行展示](#6. 运行展示)

1. 栈

1.1 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。

1.2 栈的实现方式

栈可以通过多种方式实现，包括数组和链表等。使用数组实现的栈具有连续的内存空间，操作效率较高；而使用链表实现的栈则更加灵活，可以在动态环境中调整栈的大小。

实现用的是数据栈。

1.3 栈的应用场景

函数调用：在计算机程序中，函数调用和返回的过程可以用栈来实现。当调用一个函数时，会将函数的返回地址和参数压入栈中；当函数返回时，会从栈中弹出这些信息，并返回到调用点继续执行。

浏览器的前进与后退：在浏览器中，可以使用两个栈来实现前进和后退功能。一个栈记录新访问的页面，另一个栈记录后退弹出的页面。当用户点击前进按钮时，从记录新访问页面的栈中弹出页面；当用户点击后退按钮时，从记录后退页面的栈中弹出页面。

表达式求值：在编译器中，可以使用栈来进行表达式的求值。将运算符和操作数压入栈中，并根据运算符的优先级和结合性进行出栈和计算操作，最终得到表达式的值。

2. 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。

2.1 结构体

首先要先把结构体定义出来，一个是数组栈，一个是指向栈顶元素的下一个，还有一个是增容。

javascript 复制代码

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;//指向栈顶元素的下一个
	int capaicty;
}ST;

2.2 初始化

top等于0指向栈顶元素的下一个位置，top等于-1指向栈顶元素

javascript 复制代码

//初始化
void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	//pst->top = -1;//指向栈顶元素
	pst->top = 0;//指向栈顶元素的下一个位置
	pst->capaicty = 0;
}

2.3 销毁

防止造成野指针的错误

javascript 复制代码

//销毁
void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capaicty = 0;
	free(pst->a);
}

2.4 入栈

先判断容量是否够，再实现动态增容。

javascript 复制代码

//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	//扩容
	if (pst->top == pst->capaicty)
	{
		int newCapaicty = pst->capaicty = 0 ? 4 : pst->capaicty * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newCapaicty * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("STPush");
			return;
		}

		pst->a = tmp;
		pst->capaicty = newCapaicty;
	}

	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

2.5 出栈

看栈是否空，不是空就不能删，再top减减就行

javascript 复制代码

//出栈
void STPpo(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));

	pst->top--;
}

2.6 获取栈顶元素

因为top指向栈顶元素的下一个，所以top要减1，当然空的时候也要判断一下

javascript 复制代码

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));

	return pst->a[pst->top - 1];
}

2.7 判空

javascript 复制代码

//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top == 0;
}

2.8 获取个数

打印之前可以看还有多少个在栈中

javascript 复制代码

//获取个数
int STsize(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top;
}

3. test主函数

javascript 复制代码

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

void TestStack1()
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	printf("%d ", STTop(&st));
	STPpo(&st);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	printf("size: %d\n", STsize(&st));
	
	//打印
	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPpo(&st);
	}

	STDestroy(&st);
}

int main()
{
	TestStack1();
	return 0;
}

4. Stack.c文件

javascript 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"


//初始化
void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	//pst->top = -1;//指向栈顶元素
	pst->top = 0;//指向栈顶元素的下一个位置
	pst->capaicty = 0;
}

//销毁
void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capaicty = 0;
	free(pst->a);
}

//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	//扩容
	if (pst->top == pst->capaicty)
	{
		int newCapaicty = pst->capaicty = 0 ? 4 : pst->capaicty * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newCapaicty * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("STPush");
			return;
		}

		pst->a = tmp;
		pst->capaicty = newCapaicty;
	}

	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

//出栈
void STPpo(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));

	pst->top--;
}

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));

	return pst->a[pst->top - 1];
}

//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top == 0;
}

//获取个数
int STsize(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top;
}

5. Stack.h文件

javascript 复制代码

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

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;//指向栈顶元素的下一个
	int capaicty;
}ST;

//初始化
void STInit(ST* pst);

//销毁
void STDestroy(ST* pst);

//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);

//出栈
void STPpo(ST* pst);

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst);

//判空
bool STEmpty(ST* pst);

//获取个数
int STsize(ST* pst);

栈的实现详解

目录

1. 栈

1.1 栈的概念及结构

1.2 栈的实现方式

1.3 栈的应用场景

2. 栈的实现

2.1 结构体

2.2 初始化

2.3 销毁

2.4 入栈

2.5 出栈

2.6 获取栈顶元素

2.7 判空

2.8 获取个数

3. test主函数

4. Stack.c文件

5. Stack.h文件

6. 运行展示