数据结构：栈(Stack)的各种操作（入栈，出栈，判断栈非空，判断栈已满，附源码）

news2024/11/24 16:29:49

前言：在前面的文章中，我们讲解了顺序表，单链表，双向链表。而我们今天要分享的栈则是基于之前的数据结构上搭建的，但是相较于顺序表和链表来说，栈的实现就非常简单了。

一.栈(Stack)的概念

二.栈的数据结构

三.栈的实现

判断栈已满

判断栈非空

入栈push

出栈pop

查看栈顶元素

完整代码

Java版本

c语言版

一.栈(Stack)的概念

栈是一种先进后出（LIFO）的数据结构，在其中元素的的添加（称为“入栈”）和删除（称为“出栈”）仅在栈的顶部进行。因此，最后一个插入到栈中的元素是第一个从栈中删除的元素。

它通常有两个主要操作：

push：在栈的顶部插入一个元素。
pop：从栈的顶部移除一个元素。

栈的push入栈图解：

栈的pop出栈图解：

我们可以看见对于栈的操作，我们都是在栈顶上操作的，先进来的元素会被后面的元素覆盖，而最后一个进来的元素也就是栈顶，因此我们称为先进后出（LIFO）

像传统的狙击步枪的弹夹就属于是一种栈的结构

二.栈的数据结构

对于栈的实现，我们通常使用数组，当然也可以使用链表，不过相对而言数组的实现是更容易的。

而对于一个栈的数据结构，他首先得有存放元素的位置，我们这里选择用数组来存放，其次还得有栈内元素个数的记录：

public class MyStack {
    public int[] elem;
    public int usedSize;
}

三.栈的实现

对于一个栈，他应该有以下这些功能：

入栈
出栈
判断栈是否为空
判断栈已满
查看栈顶元素

判断栈已满

当已经使用的数组的大小等于数组本身的大小的时候，栈就相当于满了

    public boolean isFull() {
        return usedSize == elem.length;
    }

判断栈非空

当数组内一个元素都没有，也就是已经使用的数组大小为0的时候，栈就是空的

    public boolean isEmpety() {
        return usedSize == 0;
    }

入栈push

当我们要将元素放入栈内的时候，先进行判断，只有在栈内还有剩余空间的情况下，我们才会进行入栈操作，如果没有剩余空间，我们就进行扩容

    public void push(int val) {
        if (isFull()) {
            //扩容
            elem = Arrays.copyOf(elem, elem.length * 2);
        }
        elem[usedSize++] = val;
    }

出栈pop

出栈前要先进行判断，如果栈内一个元素都没有，那自然是不能进行出栈操作的，我们就抛出一个自定义异常然后抛出；对于正常的出栈操作，我们拿出栈顶的元素，然后让记录数组的个数减一

    public int pop() {
        if (isEmpety()) {
            //栈为空，无法出栈
            throw new EmptyStackException("栈为空，无法弹出");
        }
        int popNumber = elem[usedSize-1];
        usedSize--;
        return popNumber;
    }

查看栈顶元素

和出栈不一样的是，查看栈顶元素只是将元素拿出来展示，并没有实际上删除这个元素

    public int peek() {
        if (isEmpety()) {
            //栈为空，无法出栈
            throw new EmptyStackException("栈为空，无法弹出");
        }
        return elem[usedSize - 1];
    }

完整代码

栈的整体实现相较于顺序表和链表是非常简单的，这里附上完整代码

Java版本

import java.util.Arrays;

public class MyStack {
    public int[] elem;
    public int usedSize;
    public static int DEFULT_SIZE = 10;
    
    public MyStack() {
        this.elem = new int[DEFULT_SIZE];
    }
    
    public void push(int val) {
        if (isFull()) {
            //扩容
            elem = Arrays.copyOf(elem, elem.length * 2);
        }
        elem[usedSize++] = val;
    }
    
    public int pop() {
        if (isEmpety()) {
            //栈为空，无法出栈
            throw new EmptyStackException("栈为空，无法弹出");
        }
        int popNumber = elem[usedSize-1];
        usedSize--;
        return popNumber;
    }
    
    public int peek() {
        if (isEmpety()) {
            //栈为空，无法出栈
            throw new EmptyStackException("栈为空，无法弹出");
        }
        return elem[usedSize - 1];
    }
    
    public boolean isFull() {
        return usedSize == elem.length;
    }
    
    public boolean isEmpety() {
        return usedSize == 0;
    }

}

c语言版

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define STACK_SIZE 10

// 定义栈结构体
typedef struct {
    int data[STACK_SIZE];  // 存放数据的数组
    int top;               // 栈顶指针
} Stack;

// 初始化栈
void init_stack(Stack *s) {
    s->top = -1;  // 栈顶初始化为-1
}

// 判断栈是否为空
int is_empty(Stack *s) {
    return s->top == -1;
}

// 判断栈是否已满
int is_full(Stack *s) {
    return s->top == STACK_SIZE-1;
}

// 入栈
void push(Stack *s, int value) {
    if (is_full(s)) {
        printf("Stack overflow\n");
        exit(1);
    }
    s->data[++s->top] = value;  // 栈顶指针先加1，再将元素入栈
}

// 出栈
int pop(Stack *s) {
    if (is_empty(s)) {
        printf("Stack underflow\n");
        exit(1);
    }
    return s->data[s->top--];  // 先将元素出栈，再将栈顶指针减1
}

// 获取栈顶元素
int peek(Stack *s) {
    if (is_empty(s)) {
        printf("Stack underflow\n");
        exit(1);
    }
    return s->data[s->top];
}

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