数据结构之栈详解（C语言手撕）

news2024/11/16 9:23:43

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🎉本篇文章对 用C语言实现栈等相关知识 学习的相关知识进行分享！🎉💕

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一.栈的概念及结构

1.1栈的概念

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 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；

1.2栈的结构

在这里插入图片描述 入数据和出数据都是从栈顶入和出；保持后进先出的原则*

1.3栈的实现

栈的实现：数组和链表都可以用来实现栈，保证先进后出原则；
数组：尾插就是进栈尾删就是出栈（相比链表较为方便）
在这里插入图片描述 我这里定义的是Top指向的是栈顶元素的下一个位置

链表：可以选择头插进栈头删出栈
如果选择的是尾插和尾删的话，需要找尾灯操作，不方便

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1.4栈的实现

数组实现栈（相对于链表，数组实现栈更优）

1.4.1功能函数的实现

一般的栈需要完成这几个函数

栈的初始化
栈的销毁
入栈
出栈
取栈顶元素
判断栈是否为空

void StackInit(ST* st);
void StackDestory(ST* st);

void StackPush(ST* st, STDateType x);
void StackPop(ST* st);

STDateType GetTop(ST* st);
bool StackEmpty(ST* st);

1.定义一个栈的结构体

这里我们实现的是动态的栈
typedef int STDateType;    //方便数据类型的替换
typedef struct Stack        
{
	STDateType* a;         //存储数据的数组
	int top;               
	int capacity;          //容量
}ST;

2.栈的初始化

这里top的初始化不同，top含义就不同；
1.如果top初始化给0，则每次入栈后top就会++；当入第一个数据时，top++后为1，则top含义为指向的是栈顶元素的下一个元素
2.如果top初始化为-1，则含义为指向栈顶元素
void StackInit(ST* st)
{
	assert(st);

	st->a = (STDateType* )malloc(4 * sizeof(STDateType));   
	if (st->a == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	st->top = 0;             //指向栈顶元素的下一个位置
	st->capacity = 4;        //初始容量给4
}

3.入栈函数

void StackPush(ST* st, STDateType x)
{
	assert(st);

	if (st->top == st->capacity)      //扩容逻辑与顺序表一样
	{
		//扩容
		STDateType* tmp = (STDateType* )realloc(st->a,sizeof(STDateType) * st->capacity *2);
		if (tmp == NULL)     
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		st->a = tmp;
		st->capacity *= 2;     //2倍扩容
	}

	st->a[st->top] = x;      //尾插数据
	st->top++;
}

4.出栈函数

直接将top--；top--后虽然数据没有改变，但是在下一次入栈时会将原数据给覆盖
void StackPop(ST* st)
{
	assert(st);

	st->top--;
}

5.获取栈顶元素

STDateType GetTop(ST* st)
{
	assert(st);
	assert(st->top);            //断言
	
	return st->a[st->top - 1];    //直接返回top后一个位置的元素
}

6.判断栈是否为空

bool StackEmpty(ST* st)
{
	assert(st);

	return st->top;      //返回栈的top,如果为0则为空   非0则不为空；
}

7.栈的销毁函数

void StackDestory(ST* st)
{
	assert(st);

	free(st->a);    //释放开辟的空间
	st->capacity = st->top = 0;    //置空
}

1.5总代码

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>



typedef int STDateType;
typedef struct Stack
{
	STDateType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

void StackInit(ST* st);
void StackDestory(ST* st);

void StackPush(ST* st, STDateType x);
void StackPop(ST* st);

STDateType GetTop(ST* st);
bool StackEmpty(ST* st);

#include"Stack.h"

void StackInit(ST* st)
{
	assert(st);

	st->a = (STDateType* )malloc(4 * sizeof(STDateType));
	if (st->a == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	st->top = 0;
	st->capacity = 4;
}


void StackPush(ST* st, STDateType x)
{
	assert(st);

	if (st->top == st->capacity)
	{
		//扩容
		STDateType* tmp = (STDateType* )realloc(st->a,sizeof(STDateType) * st->capacity *2);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		st->a = tmp;
		st->capacity *= 2;
	}

	st->a[st->top] = x;
	st->top++;
}

void StackPop(ST* st)
{
	assert(st);

	st->top--;
}

STDateType GetTop(ST* st)
{
	assert(st);
	assert(st->top);
	
	return st->a[st->top - 1];
}


bool StackEmpty(ST* st)
{
	assert(st);

	return st->top;
}

void StackDestory(ST* st)
{
	assert(st);

	free(st->a);
	st->capacity = st->top = 0;
}