数据结构与算法(五)栈的顺序存储结构

简介: 栈是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。我们将允许插入和删除的一端称为栈顶,另一端称为栈底。不含任何元素的栈称为空栈。栈又被称为先进后出的线性表。也就是说栈是一个特殊的线性表,其只在线性表的表尾进行添加删除数据操作,也就是说上边提到的栈底是固定的,添加删除操作只在栈顶进行。

QQ图片20220425220227.jpg

栈是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。


我们将允许插入和删除的一端称为栈顶,另一端称为栈底


不含任何元素的栈称为空栈


栈又被称为先进后出的线性表。


也就是说栈是一个特殊的线性表,其只在线性表的表尾进行添加删除数据操作,也就是说上边提到的栈底是固定的,添加删除操作只在栈顶进行。

 

栈的写入操作,叫做进栈,也称压栈或入栈。


栈的删除操作,叫做出栈,也称弹出栈。


栈限定了只在线性表的末尾进行数据写入删除操作,但是这并不意味着最先进栈的元素一定要最后出栈,这个要看具体情况,举个书上的小例子


【进栈出栈的变化形式】


如果3个整数1,2,3依次入栈,会有哪些出栈次序?


第一种:1-2-3进栈,即3-2-1出栈。


第二种:1进,1出,2斤,2出,3进,3出,进一个出一个,即1-2-3出栈。


第三种:1进,2进,2出,1出,3进,3出,即2-1-3出栈。


第四种:1进,1出,2进,3进,3出,2出,即1-3-2出栈。


第五种:1进,2进,2出,3进,3出,2出,即2-3-1出栈

 

下边我们来定义栈顺序存储结构的接口:


/// <summary>
    /// 栈接口
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    interface IStack<T>
    {
        /// <summary>
        /// 清空栈
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        bool ClearStack();
        /// <summary>
        /// 判断栈是否为空
        /// </summary>
        /// <returns>true:空、false:不空</returns>
        bool IsEmptyStack();
        /// <summary>
        /// 获取栈顶元素
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        T GetTopStack();
        /// <summary>
        /// 入栈
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        bool PushStack(T val);
        /// <summary>
        /// 出栈
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        bool PopStack();
        /// <summary>
        /// 获取栈长度
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        int LengthStack();
        /// <summary>
        /// 判断栈是否已满
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        bool IsFull();
        /// <summary>
        /// 打印栈
        /// </summary>
        void paint();
    }

 

定义一个类来实现这个接口:


首先定义三个全局变量


/// <summary>
        /// 顺序栈的容量(数组最大长度)
        /// </summary>
        private int maxsize;
        /// <summary>
        /// 数组,用于存储顺序栈中的数据元素
        /// </summary>
        private T[] data;
        /// <summary>
        /// 指示顺序栈的栈顶(top = -1 时表示栈为空)
        /// </summary>
        private int top;


这个和线性表(顺序存储结构)是一致的。


这里要说明一下顶栈top这个变量,当栈为空时,其为值-1,因此当想清空栈的时候,不需要将链表循环清空,只需将顶栈置为-1即可。


下方是我整个类的代码:具体调用的实例在文末,可下载:


public class StackList<T> : IStack<T>
    {
        /// <summary>
        /// 顺序栈的容量(数组最大长度)
        /// </summary>
        private int maxsize;
        /// <summary>
        /// 数组,用于存储顺序栈中的数据元素
        /// </summary>
        private T[] data;
        /// <summary>
        /// 指示顺序栈的栈顶(top = -1 时表示栈为空)
        /// </summary>
        private int top;
        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        public StackList(int size)
        {
            data = new T[size];
            maxsize = size;
            top = -1;
        }
        /// <summary>
        /// 清空栈(这里不需要将数组清空,只要将顶栈赋值为-1就好)
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public bool ClearStack()
        {
            top = -1;
            return true;
        }
        /// <summary>
        /// 获取栈顶
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public T GetTopStack()
        {
            T res = data[top];
            return res;
        }
        /// <summary>
        /// 是否是空栈
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public bool IsEmptyStack()
        {
            if (top == -1)
            {
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
        /// <summary>
        /// 获取栈的长度
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public int LengthStack()
        {
            return top + 1;
        }
        /// <summary>
        /// 出栈
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public bool PopStack()
        {
            if (IsEmptyStack())
            {
                Console.WriteLine("栈为空,无法删除!");
                return false;
            }
            T temp = default(T);
            data[top] = temp;
            top--;
            return true;
        }
        /// <summary>
        /// 入栈
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public bool PushStack(T val)
        {
            if (IsFull())
            {
                Console.WriteLine("栈已满,写入失败!");
                return false;
            }
            top++;
            data[top] = val;
            return true;
        }
        /// <summary>
        /// 判断栈是否已满
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public bool IsFull()
        {
            if (top == maxsize - 1)
            {
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
        /// <summary>
        /// 打印栈
        /// </summary>
        public void paint()
        {
            Console.WriteLine("栈顶:"+top);
            for (int i = 0; i < data.Length; i++)
            {
                Console.WriteLine("index:"+i + " | data:"+data[i]);
            }
        }
    }

 

顺序栈的操作和线性表顺序存储结构相比其实要简单,它的写入和删除操作只发生在表尾,因此在使用它的时候,大概参照线性表的顺序存储结构的用法就好了。


下图是具体调用的实例:


QQ图片20220425220230.jpg

 

两栈共享空间


栈还有一个在我看来比较高级的用法叫两栈共享空间。


大概是一个栈在表首,一个栈在表尾,每个栈都有一个顶栈。


当两个顶栈彼此相遇的时候,就证明两栈已满,无法再继续操作。


具体代码不在这里进行展示,文末有实例,可下载。


共享栈最后效果如下图所示


QQ图片20220425220233.png

 



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