数据结构之栈详解(C语言手撕)

简介: 数据结构之栈详解(C语言手撕)

一.栈的概念及结构

1.1栈的概念

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 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;

1.2栈的结构

入数据和出数据都是从栈顶入和出;保持后进先出的原则*

1.3栈的实现

栈的实现:数组和链表都可以用来实现栈,保证先进后出原则;

数组:尾插就是进栈 尾删就是出栈(相比链表较为方便)

我这里定义的是Top指向的是栈顶元素的下一个位置

链表:可以选择头插进栈 头删出栈

如果选择的是尾插和尾删的话,需要找尾灯操作,不方便

1.4栈的实现

数组实现栈(相对于链表,数组实现栈更优)

1.4.1功能函数的实现

一般的栈需要完成这几个函数

  1. 栈的初始化
  2. 栈的销毁
  3. 入栈
  4. 出栈
  5. 取栈顶元素
  6. 判断栈是否为空
void StackInit(ST* st);
void StackDestory(ST* st);
void StackPush(ST* st, STDateType x);
void StackPop(ST* st);
STDateType GetTop(ST* st);
bool StackEmpty(ST* st);

1.定义一个栈的结构体

这里我们实现的是动态的栈
typedef int STDateType;    //方便数据类型的替换
typedef struct Stack        
{
  STDateType* a;         //存储数据的数组
  int top;               
  int capacity;          //容量
}ST;

2.栈的初始化

这里top的初始化不同,top含义就不同;
1.如果top初始化给0,则每次入栈后top就会++;当入第一个数据时,top++后为1,则top含义为指向的是栈顶元素的下一个元素
2.如果top初始化为-1,则含义为指向栈顶元素
void StackInit(ST* st)
{
  assert(st);
  st->a = (STDateType* )malloc(4 * sizeof(STDateType));   
  if (st->a == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  st->top = 0;             //指向栈顶元素的下一个位置
  st->capacity = 4;        //初始容量给4
}

3.入栈函数

void StackPush(ST* st, STDateType x)
{
  assert(st);
  if (st->top == st->capacity)      //扩容逻辑与顺序表一样
  {
    //扩容
    STDateType* tmp = (STDateType* )realloc(st->a,sizeof(STDateType) * st->capacity *2);
    if (tmp == NULL)     
    {
      perror("malloc fail");
      exit(-1);
    }
    st->a = tmp;
    st->capacity *= 2;     //2倍扩容
  }
  st->a[st->top] = x;      //尾插数据
  st->top++;
}

4.出栈函数

直接将top--;top--后虽然数据没有改变,但是在下一次入栈时会将原数据给覆盖
void StackPop(ST* st)
{
  assert(st);
  st->top--;
}

5.获取栈顶元素

STDateType GetTop(ST* st)
{
  assert(st);
  assert(st->top);            //断言
  
  return st->a[st->top - 1];    //直接返回top后一个位置的元素
}

6.判断栈是否为空

bool StackEmpty(ST* st)
{
  assert(st);
  return st->top;      //返回栈的top,如果为0则为空   非0则不为空;
}

7.栈的销毁函数

void StackDestory(ST* st)
{
  assert(st);
  free(st->a);    //释放开辟的空间
  st->capacity = st->top = 0;    //置空
}

1.5总代码

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int STDateType;
typedef struct Stack
{
  STDateType* a;
  int top;
  int capacity;
}ST;
void StackInit(ST* st);
void StackDestory(ST* st);
void StackPush(ST* st, STDateType x);
void StackPop(ST* st);
STDateType GetTop(ST* st);
bool StackEmpty(ST* st);
#include"Stack.h"
void StackInit(ST* st)
{
  assert(st);
  st->a = (STDateType* )malloc(4 * sizeof(STDateType));
  if (st->a == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  st->top = 0;
  st->capacity = 4;
}
void StackPush(ST* st, STDateType x)
{
  assert(st);
  if (st->top == st->capacity)
  {
    //扩容
    STDateType* tmp = (STDateType* )realloc(st->a,sizeof(STDateType) * st->capacity *2);
    if (tmp == NULL)
    {
      perror("malloc fail");
      exit(-1);
    }
    st->a = tmp;
    st->capacity *= 2;
  }
  st->a[st->top] = x;
  st->top++;
}
void StackPop(ST* st)
{
  assert(st);
  st->top--;
}
STDateType GetTop(ST* st)
{
  assert(st);
  assert(st->top);
  
  return st->a[st->top - 1];
}
bool StackEmpty(ST* st)
{
  assert(st);
  return st->top;
}
void StackDestory(ST* st)
{
  assert(st);
  free(st->a);
  st->capacity = st->top = 0;
}
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