【初阶数据结构】深入解析栈:探索底层逻辑

简介: 【初阶数据结构】深入解析栈:探索底层逻辑

一、栈的概念及结构

栈是指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。

这里主要分享的是跟数据结构相关的栈,而不是指存储内存一块内存区域栈区,栈区是指CPU寄存器里的某个指针所指向的一片内存区域(存放函数的参数值,局部变量的值等)

其中有两个核心操作压栈和出栈(出入数据在栈顶实现)

  • 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。

由于栈的特殊结构特性,所以出栈有多种方式,而入栈只有一种

2.一个栈的入栈序列为ABCDE,则不可能的出栈序列为( )
A.ABCDE
B.EDCBA
C.DCEBA
D.ECDBA
答案:D

二、关于实现栈的分析

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。在顺序表章节,说明了静态顺序表的实用价值不大,通常是使用动态,这里实现栈的也是是实现动态栈

三、实现栈的相关接口(Satck.h)

3.1 关于top的定义

在实现之前,对top需要有一个定义。当对栈顶元素修改的时候,top作为一个下标。既然top是一个下标,**那么top为0是代表栈为空还是栈存储一个元素,这个是需要我们去定义的(**在顺序表中,也是需要定义的)。所以栈有两种关于栈顶的定义。

  • top为-1代表空,top为0代表一个元素
  • top为0代表空,top指向下一个元素下标

其实上面的两种方式都可以的,在插入过程顺序会出现差异

下列的实现都是采用第二种top为0代表空,top指向下一个元素下标

3.2 栈的初始化

void STInit(ST *pst)
{
  assert(pst);//指向一个有效的结构体
  pst->a = NULL;
    pst->top =pst->capacity= 0;
}

3.3 入栈操作

void STPush(ST* pst, StackDataType x)
{
  assert(pst);
  if (pst->top == pst->capacity)
  {
    int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
    StackDataType *tmp = (StackDataType*)realloc(pst->a, sizeof(StackDataType)*newcapacity);
    if (tmp==NULL)
    {
      perror("realloc fail!!!");
      return 1;
    }
    pst->capacity = newcapacity;
    pst->a = tmp;//保证安全返回
  }
  pst->a[pst->top] = x;//插入 
  pst->top++;//注意top的意义--之后里面为1没有给数值
}

这里需要注意的是:这里插入就是相当于顺序表的尾插,只有栈顶进行插入,所以没有必要单独实现扩容接口,直接在插入时需要空间进行扩容操作

3.4 出栈操作

void STPop(ST* pst)//跳出
{
  assert(pst);
  assert(pst->top > 0);//top为0,则是为空
  pst->top--;//元素个数--
}

这里需要注意的是:相当于顺序表的尾删,同时要满足保证有数据给你删除

3.5 得到栈顶元素

StackDataType STTOP(ST* pst)//得到栈顶元素
{
  assert(pst);
  return pst->a[pst->top-1];//这里减的话就会有问题
}

这里需要注意的是:这里top是指向下一个元素的下标,需要-1到达栈顶元素下标

3.6 得到栈里面元素个数

int STSize(ST* pst)
{
  return pst->top;//个数
}

3.7 判断栈是否为空

bool STEmpty(ST* pst)
{
  assert(pst);
  return pst->top == 0;//为0就是空,为真
}

3.8 栈的打印

void STPrintf(ST* pst)
{
  while(!STEmpty(pst))
  {
    printf("%d", STTOP(pst));
    STPop(pst);
    printf("\n");
  }
}

这里需要注意的是:打印是打印栈顶元素,为了下次打印,需要出栈得到新栈顶元素。当栈里面没有数据时,就不要再打印数据,没有数据打印。

3.9 栈的销毁

void STDestroy(ST* pst)//销毁
{
  assert(pst);
  free(pst->a);
  pst->a = NULL;
  pst->top =pst->capacity = 0;
}





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