前言
在计算机科学与数据结构领域，栈（Stack） 是一种重要的线性数据结构，遵循"后进先出"（Last In, First Out, 简称 LIFO）的原则。作为抽象数据类型的一种典型实现，栈通过限制插入和删除操作的位置，构建了一个高效且易于管理的数据访问模型。
栈的基本功能：
- **后进先出（LIFO）操作：**栈遵循"最后进入的元素最先被访问或移除"的原则，仅允许在栈顶进行插入（Push）和删除（Pop）操作，确保数据按逆序处理。
- **高效的入栈与出栈：**压栈和弹栈操作的时间复杂度均为 O(1)，无需移动其他元素，适合频繁添加和删除的场景。
- **栈顶访问支持：**提供 Peek 或 Top 操作，可在不修改栈结构的前提下查看当前栈顶元素，用于预判或条件判断。
- **动态容量扩展：**基于动态数组或链表实现时，栈可自动扩容，适应不确定规模的数据存储需求，避免预先分配过多内存。
- **运行状态管理能力：**天然适用于保存程序执行上下文，如函数调用、递归展开、表达式求值等需要回溯的历史状态管理任务。
综上所述，栈作为一种基础而强大的数据结构，以其简洁的操作接口和高效的运行性能，在程序设计中扮演着不可或缺的角色。尽管其访问模式受到严格限制，但正是这种约束赋予了它在特定应用场景下的卓越表现。本文系统阐述了栈的基本操作、实现方式及其优缺点，旨在帮助读者深入理解其工作原理，并能够在实际开发中灵活运用，为构建更复杂的算法与系统奠定坚实基础。
正文开始
一、栈
1.1 栈的基本概念以及结构
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。
二、 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。
项目结构如下：
2.1 定义栈的结构以及方法的声明
Stack.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
//首先先定义栈的结构
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
//栈的初始化
void STInit(ST* pst);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* pst);
//入栈
void STInsert(ST* pst);
//出栈
void STPop(ST* pst);
//获取栈顶数据
void STTop(ST* pst);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* pst);
//获取栈里面的数据个数
int STSize(ST* pst);2.2 栈的初始化
Stack.c
//栈的初始化
void STInit(ST* pst)
{
assert(pst);
pst->a = NULL;
pst->capacity = 0;
pst->top = 0;
}2.3 栈的销毁
Stack.c
//栈的销毁
void STDestroy(ST* pst)
{
assert(pst);
free(pst->a);
pst->a = NULL;
pst->capacity = pst->top = 0;
}2.4 入栈
Stack.c
//入栈
void STInsert(ST* pst, STDataType x)
{
assert(pst);
//扩容
if (pst->capacity == pst->top)
{
int new_capacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
ST* tmp = (ST*)realloc(pst->a, new_capacity * sizeof(STDataType);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail!");
return;
}
pst->a = tmp;
pst->capacity = new_capacity;
}
pst->a[pst->top++] = x;
}2.5 出栈
Stack.c
//出栈
void STPop(ST* pst)
{
assert(pst && pst->top > 0);
pst->top--;
}2.6 获取栈顶的数据
//获取栈顶数据
void STTop(ST* pst)
{
assert(pst && pst->top > 0);
return pst->a[pst->top - 1];
}2.7 判断栈是否为空
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top == 0;
}2.8 获取栈里面元素的个数
//获取栈里面的数据个数
int STSize(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top;
}测试结果如下：
