【C语言】栈的实现（数据结构）

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前言：

还是举一个生活中的例子，大家都玩过积木，当我们把积木叠起来的时候，如果要拿到最底部的积木，我们必须从顶端一个一个打出，最后才能拿到底部的积木，也就是后进先出（先进后出）的道理，今天分享栈的实现的本质也就是后进先出（先进后出）。

目录

前言：

栈的概念及结构

栈的实现

栈的结构定义

初始化栈

压栈（数据的添加）

出栈（数据的删除）

获取栈顶元素

获取栈中有效元素个数

判断栈是否为空

栈实现的总代码（vs2022）

头文件Stack.h

函数文件Stack.c

测试Text.c

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栈的概念及结构

要去实现栈，我们要知道什么是 栈，栈的结构是什么，该从什么方向去实现。
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。

如图我们会发现数据进栈出栈后的顺序倒置了，其实栈不只是可以将顺序导致，我们也可以先把A，B放进去，拿出来之后，再将C，D放进去，全部拿出来可以得到C，D，A，B，所以栈最后导致的结果是多种多样的，这取决你如何运用栈了。

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。
我们在这里使用数组进行实现，如图所示我们把数组的尾部作为栈顶，这样可以轻松的进行压栈操作（增加数据），如果使用链表的话，我们找到尾节点需要进行遍历找尾（利用循环去找为节点），这样就增多了时间的消耗，这里使用数组来实现栈，可以提高算法效率。

栈的结构定义

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{ 
	STDataType* a;
	int top;     //栈顶
	int capacity;//栈容量
}Stack;

栈只需要对栈顶进行操作，所以我们有一个变量top表示栈顶。后面需要判断栈是否为空，我们需要一个变量capacity表示栈容量。

初始化栈

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

这里我们创造了4个整型变量的空间，所以capacity给4。

压栈（数据的添加）

void StackPush(Stack* ps,STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)//考虑到空间大小不够，使用realloc进行增容操作
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)//要注意tmp可能为空的情况。
		{
			printf("realloc fail!!!");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;//别忘了把指针a指向新开辟的空间
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;//注意个数的增加
}

在压栈的时候要注意几点：

1.压栈时要考虑空间的大小是否足够，不够时要进行增容操作。

2.增容操作后的原指针要指向新指针，保证数据不会丢失。

3.压栈过后要对将top往后移动一位，因为top的指向是数组最后元素的下一个位置。

出栈（数据的删除）

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//top不能小于或等于0，因为top是指向栈顶元素的下一个位置
	ps->top--;
}

因为是用数组进行栈的实现，我们只需要把栈顶往前移动一位，就表示删除了数据。

获取栈顶元素

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];//因为top是指向栈顶元素的下一个位置，所以要-1

}

一定注意对ps->top>0进行断言，保证栈的元素不为空。

获取栈中有效元素个数

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;

}

top指向的数组尾部元素后一位，刚好是数组中有效元素的个数。

判断栈是否为空

bool StackEmpty(Stack* ps)//bool也可以使用 表示真假
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

检查栈是否为空，如果不为空则返回0，如果为空则返回非零结果。

栈实现的总代码（vs2022）

头文件Stack.h

#pragma once

#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{ 
	STDataType* a;
	int top;     //栈顶
	int capacity;//栈容量
}Stack;
//初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
//栈的销毁
void StackDestory(Stack* ps);
//压栈
void StackPush(Stack* ps,STDataType x);
//出栈
void StackPop(Stack* ps);
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);
//获取栈中有效元素的个数
int StackSize(Stack* ps);
//检查栈是否为空，如果不为空则返回0，如果为空则返回非零结果
bool StackEmpty(Stack* ps);//bool也可以使用 表示真假

函数文件Stack.c

#include"Stack.h"


void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}
void StackDestory(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;

}
//入栈
void StackPush(Stack* ps,STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)//考虑到空间大小不够，使用realloc进行增容操作
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)//要注意tmp可能为空的情况。
		{
			printf("realloc fail!!!");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;//别忘了把指针a指向新开辟的空间
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;//注意个数的增加
}
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//top不能小于或等于0，因为top是指向栈顶元素的下一个位置
	ps->top--;
}
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];//因为top是指向栈顶元素的下一个位置，所以要-1

}
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;

}
bool StackEmpty(Stack* ps)//bool也可以使用 表示真假
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

测试Text.c

#include"Stack.h"

void StackText()
{
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	while (!StackEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", StackTop(&st));
		StackPop(&st);
	}
	StackDestory(&st);
}

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

好啦，这就是今天学习的分享啦！看到希望大家的三连呀！

如果有不当之处，欢迎大佬指正！

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