一、栈的概念及结构
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。
二、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。
- 通过数组实现栈
数组实现 与 链表实现 对比小结
- 顺序栈：
- 尾插尾删效率还是很高的
- 通过下标访问数据
- 缓存利用率也很高
- 单链表入栈扩容可能会造成空间上的浪费
- 链表栈：
- 栈顶的位置在链表头 => 头插头删
- 单链表的插入、删除数据，还得找前一节点（除非双链表，但双链表所占内存空间还是比较大的）
- 入栈时不需要扩容
- 通过链表实现栈
三、栈的代码实现
（一）创建文件
- Stack.h （栈的类型定义、接口函数声明、引用的头文件)
- Stack.c （栈接口函数的实现）
- test.c （主函数、测试顺序表各个接口功能）
(二)Stack.h
1. 头文件声明
#pragma once //防止头文件重复包含 //头文件 #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<stdbool.h> //使用bool
2. 栈的结构体类型声明
//类型声明 typedef int STDataType; //数据类型重命名 typedef struct Stack{ //结构体类型声明 STDataType* a; //动态数组实现栈 int top; //栈顶 int capacity; }ST;
（三）Stack.c
1. 栈的初始化
//栈的初始化 void StackInit(ST* ps) { assert(ps); ps->a = NULL; ps->top = ps->capacity = 0; }
2. 入栈/压栈
//入栈/压栈 void StackPush(ST* ps,STDataType x) { assert(ps); //因为只有栈顶是需要尾插尾删，所以不需要额外创建一个函数checkcapacity if (ps->top==ps->capacity) { //判断capacity是否为0，若为0，让capacity=4 //否则capacity=capacity*2 ps->capacity == 0?4: ps->capacity * 2; //判断用== STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * ps->capacity); //温柔检查 if (tmp == NULL) { perror("realloc fail"); exit(-1); } //暴力检查 //assert(tmp); 需添加<assert.h>头文件 //先用tmp创建避免realloc失败返回NULL值 再传给ps->a ps->a = tmp; } //StackPush ps->a[ps->top] = x; ps->top++; }
3. 出栈
//出栈 void StackPop(ST* ps) { assert(ps); assert(ps->top > 0); //要确保栈里还有东西可以删 --ps->top; }
4. Top的值
STDataType StackTop(ST* ps) { assert(ps); assert(ps->top > 0); return ps->a[ps->top - 1]; }
5. 栈的大小
int StackSize(ST* ps) { return ps->top; //一开始top=0，入栈后 }
6. 判断Stack是否为空
bool StackEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps->top == 0; //判断top是否为0，是return 1值，不是return 0值 }
7. 栈的数据打印
void StackPrint(ST* ps) { printf("[Stack Bottom] "); for (int i = 0; i < ps->top; i++) { printf("%d ", ps->a[i]); } printf("[Stack Top] "); printf("\n"); }
8. 栈的销毁
void StackDestroy(ST* ps) { assert(ps); free(ps->a); //每创建栈realloc申请了内存 记得要free掉 否则会出现内存泄露的问题 ps->a = NULL; ps->top = ps->capacity = 0; }
四、栈的代码实现【完整代码】
(一) Stack.h
#pragma once #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<stdbool.h> //使用bool //类型声明 typedef int STDataType; //数据类型重命名 typedef struct Stack{ //结构体类型声明 STDataType* a; //动态数组实现栈 int top; //栈顶 int capacity; }ST; //栈的初始化 void StackInit(ST* ps); //入栈/压栈 void StackPush(ST* ps, STDataType x); //出栈 void StackPop(ST* ps); //Top的值 STDataType StackTop(ST* ps); //栈的大小 int StackSize(ST* ps); //检测Stack是否为空 bool StackEmpty(ST* ps); //栈的数据打印 void StackPrint(ST* ps); //栈的销毁 void StackDestroy(ST* ps);
(二) Stack.c
#include"Stack.h" //栈的初始化 void StackInit(ST* ps) { assert(ps); ps->a = NULL; ps->top = ps->capacity = 0; } //入栈/压栈 void StackPush(ST* ps,STDataType x) { assert(ps); //因为只有栈顶是需要尾插尾删，所以不需要额外创建一个函数checkcapacity if (ps->top==ps->capacity) { //判断capacity是否为0，若为0，让capacity=4 //否则capacity=capacity*2 ps->capacity == 0?4: ps->capacity * 2; //判断用== STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * ps->capacity); //温柔检查 if (tmp == NULL) { perror("realloc fail"); exit(-1); } //暴力检查 //assert(tmp); 需添加<assert.h>头文件 //先用tmp创建避免realloc失败返回NULL值 再传给ps->a ps->a = tmp; } //StackPush ps->a[ps->top] = x; ps->top++; } //出栈 void StackPop(ST* ps) { assert(ps); assert(ps->top > 0); //要确保栈里还有东西可以删 --ps->top; } //Top的值 STDataType StackTop(ST* ps) { assert(ps); assert(ps->top > 0); return ps->a[ps->top - 1]; } //栈的大小 int StackSize(ST* ps) { return ps->top; //一开始top=0，入栈后 } //判断Stack是否为空 bool StackEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps->top == 0; //判断top是否为0，是return 1值，不是return 0值 } //栈的数据打印 void StackPrint(ST* ps) { printf("[Stack Bottom] "); for (int i = 0; i < ps->top; i++) { printf("%d ", ps->a[i]); } printf("[Stack Top] "); printf("\n"); } //栈的销毁 void StackDestroy(ST* ps) { assert(ps); free(ps->a); //每创建栈realloc申请了内存 记得要free掉 否则会出现内存泄露的问题 ps->a = NULL; ps->top = ps->capacity = 0; }
(三) test.c
#include"Stack.h" //检测StackPush void test1() { ST st; StackInit(&st); StackPush(&st, 1); StackPush(&st, 2); StackPrint(&st); StackDestroy(&st); //realloc申请了空间以后一点要记得free掉 避免内存泄露的情况 } //测试StackPop void test2() { ST st; StackInit(&st); StackPush(&st, 1); StackPush(&st, 2); StackPush(&st, 3); StackPop(&st); StackPrint(&st); StackDestroy(&st); } //测试StackSize,StackEmpty void test3() { ST st; StackInit(&st); StackPush(&st, 1); StackPush(&st, 2); StackPush(&st, 3); StackPrint(&st); int Top = StackTop(&st); printf("%d ", Top); StackPop(&st); StackPop(&st); StackPop(&st); int Stacksize =StackSize(&st); printf("%d ", Stacksize); int n=StackEmpty(&st); printf("%d ",n); StackDestroy(&st); } int main() { //test1(); //检测StackPush的功能 //test2();//测试StackPop的功能 test3();测试StackSize的功能 return 0; }```
