【LeetCode&数据结构】栈的应用——有效的括号问题详解

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**前言：**牛客网和LeetCode的刷题都不可或缺，我们都要做一做，无论是参加竞赛还是笔试面试，至少能提升你的代码能力！洛谷的题目也可以去做一做。力扣的题目对提升代码能力很有帮助，需要有一点基础，几乎都是接口型的题目，关于接口型和IO型的区别我们在本专栏的第一篇【LeetCode】力扣题------轮转数组、消失的数字、数组串联中就介绍过了，这里不再赘述，我们进入今天的力扣题目介绍------

正文

一、有效的括号

链接：20. 有效的括号

博主题解链接：借助数据结构------栈------解决经典例题【有效的括号】

推荐大家可以直接去看博主在力扣上面写的题解，博主介绍的还是比较详细的，博主写题解，尤其是数据结构算法题的题解，都是画图加说明，简单易懂。

题目描述：

除了示例，本题也给了这样一个提示------

1、思路

我们的思路是：

借助数据结构------栈，遍历字符串，左括号入栈，是右括号就取栈顶元素比较，看是否匹配。

我们先来看看题目描述------

分析一下题目的意思------

2、解题过程

像这种题目拿到手我们首先就是想到要画图，一定要有这个意识，数据结构的算法题一定要画图。

注意是取栈顶，可不是出栈顶哦！

接下来我们就可以写代码了------

代码演示：

cpp 复制代码

//定义栈的结构
typedef char STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* arr;
	int top;//定义栈中有效的数据个数
	int capacity;//栈的空间大小
}ST;

//初始化
void STInit(ST* ps)
{
	ps->arr = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

//销毁
void STDestory(ST* ps)
{
	if (ps->arr)
		free(ps->arr);

	ps->arr = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

//入栈------栈顶
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//判断空间是否足够
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//增容
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");
			exit(1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	//空间足够
	ps->arr[ps->top++] = x;
}

//栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

//出栈------栈顶
void STPop(ST* ps)
{
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}

//取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}

//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
//-----------------------以上是栈结构定义和常见方法-------------------------
bool isValid(char* s) 
{
    //借助数据结构------栈
    ST st;
    STInit(&st);
    char* pi = s;
    while(*pi != '\0')
    {
        //左括号入栈
        if(*pi == '(' || *pi == '[' || *pi == '{')
        {
            STPush(&st,*pi);
        }
        else
        {
            //右括号------取栈顶，比较，匹配则出栈，不匹配直接返回false
            //栈不为空才能取栈项
            if(STEmpty(&st))
            {
                STDestory(&st);
                return false;
            }
            char top = STTop(&st);
            if((top == '(' && *pi != ')')
            ||(top == '[' && *pi != ']')
            ||(top == '{' && *pi != '}'))
            {
                STDestory(&st);
                return false;
            }
            //本次是匹配的------出栈
            STPop(&st);
        }
        pi++;
    }
    //判断栈是否为空，为空有效，非空无效
    if(STEmpty(&st))
    {
       STDestory(&st);
       return true;
    }
    STDestory(&st);
    return false;

    STDestory(&st);
    return ret;
}

复杂度：时间复杂度：O(N)，空间复杂度：O(1)。

3、改进方案

最后我们【判断栈是否为空，为空有效，非空无效】那里代码太长了，我们用一个三目表达式就可以把它替换下来，这就是改进方案。

代码演示：

cpp 复制代码

//定义栈的结构
typedef char STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* arr;
	int top;//定义栈中有效的数据个数
	int capacity;//栈的空间大小
}ST;

//初始化
void STInit(ST* ps)
{
	ps->arr = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

//销毁
void STDestory(ST* ps)
{
	if (ps->arr)
		free(ps->arr);

	ps->arr = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

//入栈------栈顶
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//判断空间是否足够
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//增容
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");
			exit(1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	//空间足够
	ps->arr[ps->top++] = x;
}

//栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

//出栈------栈顶
void STPop(ST* ps)
{
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}

//取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}

//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
//-----------------------以上是栈结构定义和常见方法-------------------------
bool isValid(char* s) 
{
    //借助数据结构------栈
    ST st;
    STInit(&st);
    char* pi = s;
    while(*pi != '\0')
    {
        //左括号入栈
        if(*pi == '(' || *pi == '[' || *pi == '{')
        {
            STPush(&st,*pi);
        }
        else
        {
            //右括号------取栈顶，比较，匹配则出栈，不匹配直接返回false
            //栈不为空才能取栈项
            if(STEmpty(&st))
            {
                STDestory(&st);
                return false;
            }
            char top = STTop(&st);
            if((top == '(' && *pi != ')')
            ||(top == '[' && *pi != ']')
            ||(top == '{' && *pi != '}'))
            {
                STDestory(&st);
                return false;
            }
            //本次是匹配的------出栈
            STPop(&st);
        }
        pi++;
    }
    //判断栈是否为空，为空有效，非空无效
    // if(STEmpty(&st))
    // {
    //     STDestory(&st);
    //     return true;
    // }
    // STDestory(&st);
    // return false;
    //写成三目表达式
    bool ret = STEmpty(&st) ? true : false;
    STDestory(&st);
    return ret;
}