栈
一、栈的概念及结构
栈一种特殊的线性表，它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；
注意：不要把栈区和栈混为一谈：栈区是内存划分的一块区域，属于操作系统学科；而栈是用于管理数据的一种结构，它在堆区上申请空间，属于数据结构学科。
栈的概念相关选择题
1.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈，然后再依次出栈，则元素出 栈的顺序是（ ）
A 12345ABCDE
B EDCBA54321
C ABCDE12345
D 54321EDCBA
答案：B 这道题很简单，根据栈的后进先出原则，直接就可以得出答案。
2.若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（）
A 1,4,3,2
B 2,3,4,1
C 3,1,4,2
D 3,4,2,1
答案：C 这道题就需要我们仔细分析了，题目中明确说明了在进栈过程中可以出栈，基于这个原则，我们来对选项进行分析：
A：
B：
C：对于C来说，想要取出3，就必须先push 1 2 3，然后它紧接着取出了1，这是办不到的，想要取出1，必须先取出2；
D：
二、栈的实现
1、栈的结构
栈可以用顺序表实现，也可以用链表实现，我们这里选用顺序表实现，原因如下：
1、栈的插入和删除操作都在栈顶，即在数据的尾部进行，而顺序表在尾部插入和删除数据的效率为O(1)，完美的避开了顺序表的缺陷；
2、顺序表扩容和链表频繁 malloc 在整体上的效率是差不多的，只是顺序表会存在一定的空间浪费；
3、顺序表支持随机访问，且其缓存利用率更高；
综合考虑以上几种因数，我们采用顺序表实现栈；
结构的定义
//结构和符号的定义 #define DEF_SIZE 5 //默认初始化大小 #define CRE_SIZE 2 //默认一次扩容的倍数 typedef int STDataType;//重命名数据类型 typedef struct Stack { STDataType* data; //指向动态开辟的数组 int top; //记录栈顶 int capacity; //记录容量，容量满时扩容 }ST;
2、初始化栈
//初始化栈 void StackInit(ST* ps) { assert(ps); ps->data = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * DEF_SIZE); if (ps->data == NULL) { perror("malloc fail"); return; } ps->top = 0; ps->capacity = CRE_SIZE; }
3、入栈
由于栈只能在栈顶插入元素，所以我们只需要在 push 函数中进行检查容量并扩容的操作，而不需要把 CheckCapacity 单独封装成一个函数。
void StackPush(ST* ps, STDataType x) { assert(ps); //检查是否需要扩容 if (ps->top == ps->capacity) { STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * ps->capacity * CRE_SIZE); if (ptr == NULL) { perror("realloc fail"); return; } ps->data = ptr; ps->capacity *= DEF_SIZE; } //入栈 ps->data[ps->top] = x; ps->top++; }
4、出栈
出栈之前我们需要检查栈的容量是否为空。
//出栈 void StackPop(ST* ps) { assert(ps); assert(!StackEmpty(ps)); ps->top--; }
5、获取栈顶元素
获取栈顶元素时我们也需要检查栈是否为空，避免造成对空指针的解引用。
//获取栈顶元素 STDataType StackTop(ST* ps) { assert(ps); assert(!StackEmpty(ps)); return ps->data[ps->top - 1]; //数组下标从0开始 }
6、获取栈的长度
//获取栈的长度 int StackSize(ST* ps) { assert(ps); return ps->top; }
7、判断栈是否为空
//判断栈是否为空 bool StackEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps->top == 0; }
8、销毁栈
//销毁栈 void StackDestory(ST* ps) { assert(ps); free(ps->data); ps->data = NULL; ps->capacity = 0; ps->top = 0; }
需要注意的是，我们不需要定义栈的打印函数，因为栈不能遍历，如果我们想得到栈顶的前一个元素，我们就必须先把栈顶的元素给删除掉，让后面一个元素变成栈顶。
三、完整代码
1、Stack.h
#pragma once //防止头文件重复包含 //头文件的声明 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <stdbool.h> #include <assert.h> //结构和符号的定义 #define DEF_SIZE 5 //默认初始化大小 #define CRE_SIZE 2 //默认一次扩容的倍数 typedef int STDataType;//重命名数据类型 typedef struct Stack { STDataType* data; //指向动态开辟的数组 int top; //记录栈顶 int capacity; //记录容量，容量满时扩容 }ST; //函数的声明 //初始化栈 void StackInit(ST* ps); //销毁栈 void StackDestory(ST* ps); //入栈 void StackPush(ST* ps, STDataType x); //出栈 void StackPop(ST* ps); //获取栈顶元素 STDataType StackTop(ST* ps); //获取栈的长度 int StackSize(ST* ps); //判断栈是否为空 bool StackEmpty(ST* ps);
2、Stack.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include "Stack.h" //初始化栈 void StackInit(ST* ps) { assert(ps); ps->data = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * DEF_SIZE); if (ps->data == NULL) { perror("malloc fail"); return; } ps->top = 0; ps->capacity = CRE_SIZE; } //销毁栈 void StackDestory(ST* ps) { assert(ps); free(ps->data); ps->data = NULL; ps->capacity = 0; ps->top = 0; } //入栈 void StackPush(ST* ps, STDataType x) { assert(ps); //检查是否需要扩容 if (ps->top == ps->capacity) { STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * ps->capacity * CRE_SIZE); if (ptr == NULL) { perror("realloc fail"); return; } ps->data = ptr; ps->capacity *= DEF_SIZE; } //入栈 ps->data[ps->top] = x; ps->top++; } //出栈 void StackPop(ST* ps) { assert(ps); assert(!StackEmpty(ps)); ps->top--; } //获取栈顶元素 STDataType StackTop(ST* ps) { assert(ps); assert(!StackEmpty(ps)); return ps->data[ps->top - 1]; //数组下标从0开始 } //获取栈的长度 int StackSize(ST* ps) { assert(ps); return ps->top; } //判断栈是否为空 bool StackEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps->top == 0; }
3、test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include "Stack.h" int main() { ST st; //初始化栈 StackInit(&st); //入栈 StackPush(&st, 1); StackPush(&st, 2); StackPush(&st, 3); StackPush(&st, 4); //栈不能遍历，只能取出；取出一个就pop一个 while (!StackEmpty(&st)) { printf("%d ", StackTop(&st)); StackPop(&st); } //销毁栈 StackDestory(&st); return 0; }
大家也可以去我的 Gitee 仓库中获取完整代码：Stack/Stack · 野猪佩奇/日常学习 - 码云 - 开源中国 (gitee.com)
