顺序栈:基于数组的实现

顺序栈使用数组来存储栈中的元素,通过一个指针Top来标识栈顶位置。

顺序栈的存储结构

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#define MAXSIZE 1024
typedef int DataType;

typedef struct {
    DataType elements[MAXSIZE];  // 存储栈元素的数组
    int Top;                     // 栈顶指针,指向栈顶元素的位置
} SequenStack;

/*
 * MAXSIZE: 栈的最大容量
 * DataType: 栈数据元素的数据类型
 * Top: 指示当前栈顶位置,空栈时Top=-1
 */

顺序栈的基本操作

初始化空栈

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SequenStack *SetNullS(SequenStack *S) {
    S = (SequenStack*)malloc(sizeof(SequenStack));
    S->Top = -1;  // 空栈时Top为-1
    return S;
}

判断栈空

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int EmptyS(SequenStack *S) {
    return (S->Top < 0) ? 1 : 0;  // Top<0表示栈空
}

优化说明:使用三元运算符简化条件判断,提高代码可读性。

入栈操作

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void PushS(SequenStack *S, DataType e) {
    if (S->Top >= MAXSIZE - 1) {
        printf("Stack Overflow: 栈已满,无法插入元素\n");
        return;
    }
    
    S->Top++;                    // 栈顶指针上移
    S->elements[S->Top] = e;     // 在新的栈顶位置存入元素
}

时间复杂度:O(1)

出栈操作

c 复制代码
DataType PopS(SequenStack *S) {
    if (EmptyS(S)) {
        printf("Stack Underflow: 栈为空,无法出栈\n");
        return -1;  // 返回错误值,实际应用中可抛出异常
    }
    
    DataType ret = S->elements[S->Top];  // 保存栈顶元素
    S->Top--;                            // 栈顶指针下移
    return ret;
}

时间复杂度:O(1)

读取栈顶元素

c 复制代码
DataType GetTopS(SequenStack *S) {
    if (EmptyS(S)) {
        printf("Stack is empty: 无法读取栈顶元素\n");
        return -1;
    }
    
    return S->elements[S->Top];  // 返回栈顶元素,不修改栈状态
}

时间复杂度:O(1)

顺序栈的优缺点

优点

  • 随机访问:可以通过下标快速访问任意元素(虽然栈不允许)
  • 空间效率高:没有额外的指针开销
  • 实现简单:操作直观,易于理解和实现

缺点

  • 空间固定:需要预先分配固定大小的存储空间
  • 空间浪费:可能存在大量未使用的空间
  • 溢出风险:当元素数量超过MAXSIZE时发生上溢
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