【数据结构】栈与队列的实现

news2025/1/10 17:17:38

栈与队列是数据结构中重要的结构，
可以用于解决一些题目
模拟实现时可以增加对于这些结构的理解，也可以巩固我们的语言水平，解决某些题目也会有很好的效果

话不多说

栈的实现

先来看一下栈的定义:

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。

在这里插入图片描述

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。

结构体的定义：

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 栈顶
	int capacity;  // 容量 
}Stack;

初始化栈:

栈在初始化时，
我们可以定义top为栈顶元素的下一个，故这样我们就可以将top定义为0，若将top定义为栈顶元素，则需要将top定义为-1

这里我在仔细的讲解一下：
当top为0时，我们不能将top视作栈顶元素，因为如果压栈，压入的元素就会在top == 0的位置压入，压入的top仍为0，我们将判断不了top == 0时是否有元素，
则若top = 0，我们应当定义栈顶元素的下一个，这样我们赋值时：ps->a[top] = data;top++;

同理，若是初始化top == -1，则赋值:top++;ps->a[top] = data;

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

压栈：

因为只有压栈时会增加元素个数，故我们不需要封装一个函数用来创造新节点

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	//检查容量
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = (ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity);
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

出栈：

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top);
	ps->top--;
}

获取栈顶元素：

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

获取栈中有效元素个数 :

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

检测栈是否为空:

检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

销毁栈 :

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

栈模拟源代码：

stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "stack.h"

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	//检查容量
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = (ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity);
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] =data;
	ps->top++;
}

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top);
	ps->top--;
}

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

stack.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 栈顶
	int capacity;  // 容量 
}Stack;

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps);
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
bool StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps);