数据结构（C语言）代码实现（八）——顺序栈实现数值转换行编辑程序括号分配汉诺塔

参考资料

顺序栈的实现

头文件SqStack.h（顺序栈函数声明）

源文件SqStack.cpp（顺序栈函数实现）

顺序栈的三个应用

数值转换

行编辑程序

顺序栈的实现测试

栈与递归的实现（以汉诺塔为例）

参考资料

1.本文文章结构参考这篇博客，部分代码也引用自这篇博客。

2021-9-22【数据结构/严蔚敏】【顺序栈&链式栈&迷宫求解&表达式求值】【代码实现算法3.1-3.5】_数据结构表达式求值代码严老师-CSDN博客

2.又搜到一个更靠谱的，这个的引用也用指针替代了。

栈和队列-数据结构与算法(C语言版)_调用pop(&s,&e)函数,让队头数据出队,赋值给参数e,printf输出e-CSDN博客3. 数据结构课本严蔚敏版。

顺序栈的实现

头文件SqStack.h（顺序栈函数声明）

#pragma once
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>

#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2
typedef int Status;//Status是函数的类型，其值是函数结果状态代码
typedef int SElemType;

//-----栈的顺序存储表示-----
#define STACK_INIT_SIZE 100  //存储空间初始分配量
#define STACKINCREMENT 10    //存储空间分配增量
typedef struct SqStack {
	SElemType* base;//在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULL
	SElemType* top; //栈顶指针
	int stacksize;  //当前已分配的存储空间，以元素为单位
}SqStack;
//-----基本操作的函数原型说明-----
Status InitStack(SqStack& S);
//构造一个空栈S
Status DestroyStack(SqStack& S);
//销毁栈S，S不再存在
Status ClearStack(SqStack& S);
//把S置为空栈
Status StackEmpty(SqStack S);
//若栈S为空栈，则返回TRUE,否则返回FALSE
int StackLength(SqStack S);
//返回S的元素个数，即栈的长度
Status GetTop(SqStack S, SElemType& e);
//若栈不空，则用e返回S的栈顶元素，并返回OK；否则返回ERROR
Status Push(SqStack& S, SElemType e);
//插入元素e为新的栈顶元素
Status Pop(SqStack& S, SElemType& e);
//若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR
Status StackTraverse(SqStack S, void(*visit)(SElemType));
//从栈顶到栈底依次对栈中每个元素调用函数visit()。一旦visit()失败，则操作失败

源文件SqStack.cpp（顺序栈函数实现）

源文件SqStack.cpp是头文件SqStack.h的实现。

#include "SqStack.h"

//-----基本操作的函数算法描述（部分）-----
Status InitStack(SqStack& S) {
	//构造一个空栈S
	S.base = (SElemType*)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(SElemType));
	if (!S.base)exit(OVERFLOW);//存储分配失败，警告C6011
	S.top = S.base;
	S.stacksize = STACK_INIT_SIZE;
	return OK;
}

Status DestroyStack(SqStack& S) {
	free(S.base);
	S.top = S.base = NULL;
	S.stacksize = 0;
	return OK;
}

Status ClearStack(SqStack& S) {
	if (!S.base)return ERROR;
	S.top = S.base;
	return OK;
}

Status StackEmpty(SqStack S) {
	if (S.base == S.top)
		return OK;
	return ERROR;
}

int StackLength(SqStack s) {
    if (!s.base)
        return ERROR;
    return (int)(s.top - s.base);
}

Status GetTop(SqStack s, SElemType& e) {
    //若栈不空，则用e返回S的栈顶元素，并返回OK；否则返回ERROR
    if (s.base == s.top)
        return ERROR;
    e = *(s.top - 1);
    return OK;
}

Status Push(SqStack& s, SElemType e) {
    //插入元素e为新的栈顶元素
    if (!s.base)return ERROR;
    if (s.top - s.base >= s.stacksize) {//栈满，追加存储空间
        s.base = (SElemType*)realloc(s.base, (s.stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(SElemType));
        if (!s.base)exit(_OVERFLOW);//存储分配失败
        s.top = s.base + s.stacksize;
        s.stacksize += STACKINCREMENT;
    }
    *s.top++ = e;//*s.top=e; s.top++;
    return OK;
}

Status Pop(SqStack& s, SElemType& e) {
    //若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR
    if (!s.base || s.top == s.base) return ERROR;
    e = *--s.top;//--s.top; e=*s.top;
    return OK;
}

Status StackTraverse(SqStack s, void (*visit)(SElemType)) {
	SElemType* p = s.base;
	if (!s.base)return ERROR;
	while (p < s.top)
		visit(*p++);
	printf("\n");
	return OK;
}

顺序栈的四个应用

数值转换

源文件conversion.cpp

#include "SqStack.h"

void conversion() {
	//对于输入的任意一个非负十进制整数，打印输出与其等值的八进制数
	SqStack S;
	InitStack(S);//构造空栈
	SElemType N,e;
	scanf_s("%d", &N);
	if (N == 0)//当N为0时下面的while循环不输出
	{
		printf("%d", N);
		return;
	}
	while (N) {
		Push(S, N % 8);
		N = N / 8;
	}
	while (!StackEmpty(S)) {
		Pop(S, e);
		printf("%d", e);
	}
}
int main()
{
	conversion();
	return 0;
}//算法3.1

测试结果（课本样例）

括号匹配

栈和队列-数据结构与算法(C语言版)_调用pop(&s,&e)函数,让队头数据出队,赋值给参数e,printf输出e-CSDN博客源文件 MatchBrackets.cpp

完整代码

#include "SqStack.h"

/*
 * 括号匹配
 * 注意将ElemType 修为 char
 */
Status MatchBrackets(SqStack& S, char* brackets) {
    SElemType ch;
    int len = strlen(brackets);
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (brackets[i] == '{' || brackets[i] == '[' || brackets[i] == '(') {
            Push(S, brackets[i]);
        }
        if (brackets[i] == '}' || brackets[i] == ']' || brackets[i] == ')') {

            if (StackEmpty(S)) {
                printf("右括号多于左括号\n");
                return ERROR;
            }
            else {
                GetTop(S, ch);
                if (ch == '{' && brackets[i] == '}' || ch == '[' && brackets[i] == ']' || ch == '(' && brackets[i] == ')') {
                    Pop(S, ch);
                }
            }

        }
    }
    if (!StackEmpty(S))
        printf("左括号多于右括号\n");
    else
        printf("括号匹配成功！");
    return OK;
}

int main()
{
    SqStack S;
    char brackets[81] = { 0 };
    //用char* brackets;会报错
    InitStack(S);
    scanf_s("%s", brackets,sizeof(brackets));
    //不知道为什么，不加sizeof()，括号匹配函数len一直为0，
    //导致输出总是“括号匹配成功”。
    MatchBrackets(S, brackets);
    return 0;
}

测试结果

行编辑程序

源文件LineEdit.cpp

本来想两个主函数能不能在同一个工程下运行，结果不可以。接着我把数值转换这个主函数移除，发现可以运行行编辑程序这个代码了。

右键conversion.cpp，点击移除。

接着打开LineEdit.cpp。右键点击源文件，在添加中找到现有项，点击现有项寻找即可（前提是你写了）

下面是完整代码

#include "SqStack.h"

void visit(SElemType e) {
	printf("%d ", e);
}

void LineEdit() {
	//利用字符栈S，从终端接收一行并传送至调用过程的数据区
	SqStack S;
	InitStack(S);//构造空栈S
	SElemType c;
	char ch = getchar();//从终端接收第一个字符
	while (ch != EOF) {//EOF为全文结束符,Ctrl+z+回车键对应EOF
		while (ch != EOF && ch != '\n') {//一行内
			switch (ch) {
			case'#':Pop(S, c);
				break;//仅当栈非空时退栈
			case'@':ClearStack(S);
				break;//重置S为空栈
			default:Push(S, ch);
				break;//有效字符进栈，未考虑栈满情形
			}
			ch = getchar();//从终端接收下一个字符
		}
		//将从栈底到栈顶的栈内字符传送至调用过程中的数据区
		StackTraverse(S, visit);//课本没有，但我看不到结果，便加上了这个函数
		ClearStack(S);//重置S为空栈
		if (ch != EOF)ch = getchar();
	}
	DestroyStack(S);
}
int main()
{
	LineEdit();
	return 0;
}

测试样例选自课本P49页右下角两行字符，测试结果如下：

此时正常返回。从元素个数看，结果正确，但不直观，所以将SElemType改为char类型。

为了实现行编辑程序，特别修改两处代码（仅在行编辑程序中使用）。

typedef char SElemType;//修改SqStack.h第13行

void visit(SElemType e) {
	printf("%c", e);
}//修改LineEdit.cpp第4行

最终结果

顺序栈的实现测试

源文件test.cpp ，这个是我复制粘贴的我参考的博客。

#include "SqStack.h"
#include <iostream>
using namespace std;

void visit(SElemType e) {
	printf("%d ", e);
}
//简单测试主函数
int main() {
	SqStack s;
	cout << "InitStack" << endl;
	InitStack(s);
	cout << "StackEmpty" << endl;
	StackEmpty(s) ? cout << "yes\n" : cout << "no\n";
	cout << "Push" << endl;
	for (int i = 1; i <= 6; i++)
		Push(s, i);
	cout << "StackTraverse" << endl;
	StackTraverse(s, visit);
	cout << "StackLength" << endl;
	cout << StackLength(s) << endl;
	cout << "Pop" << endl;
	SElemType e;
	Pop(s, e);
	cout << e << endl;
	StackTraverse(s, visit);
	cout << "GetTop" << endl;
	GetTop(s, e);
	cout << e << endl;

	return 0;
}

测试结果

栈与递归的实现（以汉诺塔为例）

这里课本的代码没有用栈实现递归，但一直在强调递归函数是通过栈实现的，并从栈的角度解释了递归函数的原理。

源文件hanoi.cpp

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>

int C = 0;
void move(char x, int n, char z) {
	printf("%d. Move disk %d from %c to %c\n", ++C, n, x, z);
}
void hanoi(int n, char x, char y, char z)
//将塔座x上按直径由小到大且自上而下编号为1至n的n个圆盘按规则搬到
//塔座z上，y可用作辅助塔座。
//搬动操作move(x, n, z) 可定义为(c是初值为0的全局变量，对搬动计数）：
//printf(" %i. Move disk %i from %c to %c\n", ++c, n, x, z);
{
	if (n == 1)
		move(x, 1, z);//将编号为1的圆盘从x移到z
	else {
		hanoi(n - 1, x, z, y);//将x上编号为1至n-1的圆盘移到y，z作辅助塔
		move(x, n, z);        //将编号为n的圆盘从x移到z
		hanoi(n - 1, y, x, z);//将y上编号为1至n-1的圆盘移到z，x做辅助塔
	}
}
int main()
{
	int n=3;
	char A='a', B='b', C='c';
	hanoi(n, A, B, C);
	return 0;
}