C语言数据结构之栈

news2025/1/15 12:26:09

目录

    • 1.栈的概念及结构
    • 2.栈的实现
    • 3.栈的代码实现
    • 4.相关例题

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1.栈的概念及结构

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。

讲到栈，就要提到它的两种基本操作：压栈（入栈）和出栈。

入栈和出栈遵循一种规则：后进先出（进入栈晚的数据先出栈，就像是先进去的数据被后进入的数据压住了，只能先把上面的数据拿走才能拿到下面的数据）。

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连续入栈和连续出栈：

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2.栈的实现

对于栈的实现，我们有两种结构可以选择：顺序表和链表。考虑到先进后出的规则，链表尾插和尾删的成本比顺序表高，不太适合，顺序表尾插和尾删只需要改变加减的size的大小就可以做到，所以我们采用顺序表来实现栈。

关于栈，我们要实现以下几个接口：

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3.栈的代码实现

test.c

#include "Stack.h"

void menu()
{
	printf("********************************************\n");
	printf("***************    请选择    ***************\n");
	printf("******   1.PushStack    2.PopStack   *******\n");
	printf("******   3.PrintStack   4.TopStack   *******\n");
	printf("******   5.SizeStack    6.CheckEmpty *******\n"); 
	printf("******             0.Exit            *******\n");
	printf("********************************************\n");
}

int main()
{
	int input = 0;
	int value = 0;
	Stack s;

	Init_Stack(&s);
	do
	{
		menu();
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("请输入你要入栈的值>:");
			scanf("%d", &value);
			Push_Stack(&s, value);
			break;
		case 2:
			Pop_Stack(&s);
			break;
		case 3:
			Print_Stack(&s);
			break;
		case 4:
			if (Empty_Stack(&s) != 0)
			{
				printf("栈为空\n");
				break;
			}
			printf("栈顶的元素是%d\n", Top_Stack(&s));
			break;
		case 5:
			printf("栈中有效元素的个数为%d\n", Size_Stack(&s));
			break;
		case 6:
			if (Empty_Stack(&s) != 0)
				printf("栈为空\n");
			else
				printf("栈不为空\n");
			break;
		case 0:
			Destroy_Stack(&s);
			printf("销毁栈成功\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误，请重新选择\n");
			break;
		}
	} while (input);

	return 0;
}

Stack.c

#include "Stack.h"


//初始化栈
void Init_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	STDataType* tmp = (STDataType*)malloc(3*sizeof(STDataType));

	if (tmp == NULL) //申请空间可能失败，失败会返回NULL，不能解引用，要终止程序
	{
		perror("Init_Stack\n");
		exit(1);
	}

	ptr->stack = tmp; //申请空间成功就正常初始化
	ptr->capacity = 3;
	ptr->size = 0;
}



//销毁栈
void Destroy_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	free(ptr->stack);
	ptr->stack = NULL;
}



//检查栈是否满了，满了则扩容
void Check_Capacity(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	if (ptr->size == ptr->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ptr->stack, 2 * ptr->capacity * sizeof(STDataType));

		if (tmp == NULL) //申请空间可能失败，失败会返回NULL，不能解引用，要终止程序
		{
			perror("Check_Capacity\n");
			exit(1);
		}

		ptr->stack = tmp;   //要把申请到的空间赋给原指针，不然后面操作不了这块空间
		ptr->capacity *= 2; //扩容之后要修改capacity的值，不然检查栈的大小时会一直扩容
	}
}



//打印栈里面的数据
void Print_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	for (int i = 0; i < ptr->size; i++)
	{
		printf("%d ", ptr->stack[i]);
	}

	printf("\n");
}



//数据入栈
void Push_Stack(Stack* ptr,STDataType val)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	Check_Capacity(ptr); //入栈时要检查空间是否足够

	ptr->stack[ptr->size] = val;
	ptr->size++;
}



//数据出栈
void Pop_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	if (ptr->size == 0)
	{
		printf("栈为空\n");
		return;
	}

	ptr->size--; //出栈就相当于顺序表可以读取的元素少一个，size - 1 就可以了
}



//获取栈顶数据
STDataType Top_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	return ptr->stack[ptr->size-1];
}



//获取栈储存的元素个数
int Size_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	return ptr->size;
}



//判断栈是否为空
int Empty_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr); // ptr要解引用，不能为空指针

	if (ptr->size == 0)
		return 1;
	else
		return 0;
}

Stack.h

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

typedef int STDataType;  // 栈储存的数据的类型

typedef struct Stack
{
	STDataType* stack;  //动态开辟的空间，在堆上
	int size;			//储存元素的个数
	int capacity;		//栈的大小（容量），可变化
}Stack;


//栈的初始化
void Init_Stack(Stack* ptr);


//打印栈里面的数据
void Print_Stack(Stack* ptr);


//数据入栈
void Push_Stack(Stack* ptr, STDataType val);


//数据出栈
void Pop_Stack(Stack* ptr);


//获取栈顶数据
STDataType Top_Stack(Stack* ptr);


//获取栈储存元素的个数
int Size_Stack(Stack* ptr);


//判断栈是否为空
int Empty_Stack(Stack* ptr);


//销毁栈
void Destroy_Stack(Stack* ptr);

4.相关例题

题目描述：

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参考解析：

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

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* stack;
	int size;
	int capacity;
}Stack;

void Init_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	STDataType* tmp = (STDataType*)malloc(3 * sizeof(STDataType));
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("Init_Stack\n");
		exit(1);
	}

	ptr->stack = tmp;
	ptr->capacity = 3;
	ptr->size = 0;
}

void Destroy_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	free(ptr->stack);
	ptr->stack = NULL;
}

void Check_Capacity(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	if (ptr->size == ptr->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ptr->stack, 2 * ptr->capacity * sizeof(STDataType));

		if (tmp == NULL)
		{
			perror("Check_Capacity\n");
			exit(1);
		}

		ptr->stack = tmp;
		ptr->capacity *= 2;
	}
}

void Print_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	for (int i = 0; i < ptr->size; i++)
	{
		printf("%d ", ptr->stack[i]);
	}

	printf("\n");
}

void Push_Stack(Stack* ptr, STDataType val)
{
	assert(ptr);

	Check_Capacity(ptr);

	ptr->stack[ptr->size] = val;
	ptr->size++;
}

void Pop_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	if (ptr->size == 0)
	{
		return;
	}

	ptr->size--;
}

STDataType Top_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	return ptr->stack[ptr->size - 1];
}

int Size_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	return ptr->size;
}

int Empty_Stack(Stack* ptr)
{
	assert(ptr);

	if (ptr->size == 0)
		return 1;
	else
		return 0;
}


//解题思路：
//该题比较简单，是对栈特性很好的应用，具体操作如下：
//循环遍历String中的字符，逐个取到每个括号，如果该括号是：
//1. 左括号，直接入栈
//2. 右括号，与栈顶的左括号进行匹配，如果不匹配直接返回false
//否则继续循环
//循环结束后，如果栈空则匹配，否则左括号比右括号多肯定不匹配

bool isValid(char* s) 
{
	Stack st;

	Init_Stack(&st);

	while (*s)
	{
		switch (*s)
		{
			//是左括号则入栈
		case '(':
		case '{':
		case '[':
			Push_Stack(&st, *s);
			break;
			//是右括号则从栈顶获取左括号来检测是否匹配
		case ')':
		case '}':
		case ']':
			if (Size_Stack(&st) == 0) // 如果有右括号，而栈里面左括号已经没有了，就不是匹配的
				return false;

			char tmp = Top_Stack(&st);
			Pop_Stack(&st);			 // 取完元素要从栈中删除

			if (tmp == '(' && *s != ')')
				return false;

			else if (tmp == '{' && *s != '}')
				return false;

			else if (tmp == '[' && *s != ']')
				return false;
		}
		s++;
	}

	if (Empty_Stack(&st)) // 如果完全匹配，循环结束时栈内一定是空的
		return true;
	else
		return false;
}

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