【数据结构】栈的实现

简介: 栈:是一种特殊的线性表,其只允许在固定的一端进行插入与删除操作。进行数据的插入和删除的一端称为栈顶,另一端称为栈底。

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本篇主要利用数组来实现栈,对于栈的各种操作都作详细介绍,压栈,出栈以及获取栈中元素的操作都是学习栈的必备知识,快来学起来吧!!!


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©Ⅰ.栈的概念及结构


栈:是一种特殊的线性表,其只允许在固定的一端进行插入与删除操作。


进行数据的插入和删除的一端称为栈顶,另一端称为栈底。


栈遵循先进后出,后进先出的原则。


压栈:栈的插入操作叫做压栈/入栈/进栈,在栈顶实现


出栈:栈的删除操作叫做出栈。也在栈顶实现。


入栈


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出栈


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©Ⅱ.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。


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//下面是定长的静态栈的结构,实际中一般不用,因为不能扩大容量,所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈
#define N 10
typedef int STData;
struct stack1
{
  int arr[N];//静态数组
  int top;//栈顶
}ST;
//支持动态增长的栈结构
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int STData;//重定义栈使用的数据,如果栈使用的数据不是int类型那么可以通过修改这里从而修改栈的使用数据类型
typedef struct Stack
{
  int* a;//指向一个数组的指针
  int top;//栈顶
  int capicty;//数组容量
}ST;//重命名为ST
//初始化栈表
void STInit(ST*ps);
//销毁栈表
void STDestroy(ST* ps);
//压栈,在栈顶压入一个元素
void STpush(ST* ps,STData x);
//出栈,在栈顶弹出一个元素。
void STpop(ST* ps);
//访问栈顶元素
//获取栈有效数据的大小
int STSize(ST* ps);
STData STTop(ST* ps);
//检查栈是否为空,如果为空返回值为非0,如果是假则返回0;
int STSize(ST* ps);


2.1栈的初始化


因为该数组是动态数组,可以增容,一开始我们可以给数组一定的容量,当数组元素个数等于容量时再进行扩容即可。


不过要注意的是top值应该初始化为几呢?


如果初始化为0,那a[top]表示的是有元素还是没有元素呢?


如果初始化为0的化,那top就表示指向栈顶元素下一个位置的地方。


而如果初始化为-1,那才表示的是栈顶元素的位置。一开始没有元素,top为-1,当有元素压栈进来后,top++,变成0,a[top]上就存在元素了。


两中表示方法都可以,但 要注意表示一种就要一种按照该逻辑进行。


void STInit(ST* ps)//初始化栈表
{
  assert(ps);//判断结构体指针不为NULL;
  //一上来可以给栈表初始化容量
  ps->a = (STData*)malloc(sizeof(STData) * 4);
  if (ps->a == NULL)//判断是否开辟成功
  {
    perror("malloc");
  }
  //初始话容量为4
  ps->capicty = 4;
  ps->top = 0;//top=0 表示的是指向栈顶元素的下一个位置
  //top如果为-1,则表示栈顶元素的位置
}


2.2压栈


在元素入栈之前我们需要考虑是否栈空间已满,而需要进行扩容。


所以一开始我们就需要将扩容操作写下。


每次扩容两倍。容量的大小随之改变。


还要注意的是,当入栈后,top是要进行++,然后top就是指向栈顶元素下一个位置的地方了。


void STpush(ST* ps, STData x)//压栈,在栈顶压入一个元素--在压入之前也要考虑是否需要增容
{
    assert(ps);//断言判断
  if (ps->top == ps->capicty)//当数组元素等于容量时
  {
    //增容
    STData* tmp = (STData*)realloc(ps->a, sizeof(STData) * ps->capicty * 2);
    if (tmp == NULL)
    {
      perror("realloc");
    }
    ps->a = tmp;//将扩容的空间赋给a
    ps->capicty *= 2;//数组的容量也随之变大
  }
  ps->a[ps->top] = x;//将元素压入栈顶,一开始top是0,当元素进去后,再让top指向该栈顶元素后一个位置
  ps->top++;
}


2.3出栈


在删除数据之前我们需要考虑栈空间里还有没有数据可以删除,当栈空间里没有数据可删,那就立刻停止。


所以我们首先需要对栈进行检查是否为空。


当栈为空时返回非0,不为空时返回0;


int STEmpty(ST* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->top == 0;
}


而删除数据的操作我们只要让top–即可,不需要释放空间。


void STpop(ST* ps)//出栈,在栈顶弹出一个元素。
{
  assert(ps);
  //删除元素之前要检查栈表是否还有元素可删
  assert(!STEmpty(ps));//当栈表为NULL是断言
  ps->top--;
}


2.4获取栈顶元素


获取栈顶元素也就是top所指向的元素,但要注意每次压入一个数据后top都会++,所以最后top是多加了一次,要想访问最后一个元素也就是栈顶元素需要top-1;


STData STTop(ST* ps)//访问栈顶元素
{
  assert(ps);//断言判断
  return ps->a[ps->top - 1];//top-1的位置才是栈顶元素
}


2.5获取栈中有效元素的个数


其实top的数值大小就是栈中有效元素的个数,一开始top为0,表中没有元素,当有元素时,top就进行++,有一个加一次,有一个加一次,所以最后栈中有效元素的个数就是top的数值


int STSize(ST* ps)//计算栈表长度
{
  assert(ps);//断言判断
  return ps->top;
  //top的长度就是栈表的长度
}


2.6销毁栈


将栈销毁掉也就是让数据都归还操作系统。

开辟的空间需要释放,定义的变量需要置0;


void STDestroy(ST* ps)//销毁栈表
{
  assert(ps);//断言判断
  free(ps->a);//释放数值空间
  ps->a = NULL;//并手动置NULL
  ps->capicty = 0;//置0
  ps->top = 0;
}


2.7栈的"打印"


栈是不能进行打印的,因为栈要求数据后入的要先出,而打印的顺序是先入先出。


想要让栈的数据展现出来,那就要按照它的特点,我们先打印栈顶元素,打印完再将栈顶元素出栈,再打印新的栈顶元素,再出栈,知道栈变成空为止。


void test()
{
  ST p;
  STInit(&p);
  STpush(&p, 1);
  STpush(&p, 2);
  STpush(&p, 3);
  STpush(&p, 4);
  STpush(&p, 5);
  printf("%d\n", STSize(&p));//获得栈中有效元素的个数
  while (!STEmpty(&p))
  {
    printf("%d ", STTop(&p));//将栈的数据展现出现,要求先进后出,后进先出
    STpop(&p);
  }
  STDestroy(&p);
}

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