数据结构深入理解--栈

news2024/10/6 14:38:20

目录

一、栈的定义

二、栈的实现 

        2.1 栈的结构

        2.2 栈的初始化 

        2.3 栈的销毁

        2.3 栈元素的插入

        2.4 栈元素的删除

        2.5 栈顶元素获取

        2.6 栈元素有效个数获取 

        2.7 栈是否为空判断

三、代码总览

        Stack.h

        Stack.c

        测试代码:test.c

四、例题

        例一：

        例二： 

        例三： 

 

一、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。

        9995acf9cd2541fb8574cb24bab7927f.png 

        栈可以这样理解：相信大家都对枪械有一定粗略的了解，咱们就用压子弹来帮助大家进行理解。

        压栈，大家可以想象为压子弹，子弹是一发一发往下压，那压栈就是在容量之内一个数据一个数据往下压。 

        出栈，大家可以理解为子弹射出的过程，即：最后压入的子弹先出。数据最后的先出。

        这就是压栈与出栈的过程，当然也可以压一个出一个，压多个出一个都可以，大家完全就可以把栈当作压子弹和子弹射出。

        好了，基础知识我们已经掌握，那么，我们该用什么结构来实现栈呢？

        通过单链表，双链表还是什么？大家可以在此处进行思考，稍后公布答案。

二、栈的实现 

        上文说到，我们要选择一个结构来实现栈。我们来一一分析一下：

        双链表全称为：带头双向循环链表，用它来实现可以吗？还用说吗？太过于完美当然可以，但是要用两个指针，同学们，一个指针已经困扰大家已久，那两个指针想必是大家不想经历的大恐怖。所以，这个时候咱们把它先列为备胎（实在没办法在想它（在特殊情况下能渣则渣）🐶）。

        单链表全称为：不带头单向不循环链表，大家想单链表找到尾元素麻烦吗？找一遍时间复杂度为O（N）。虽然我们可以反转一下，但是你愿意用吗？要是放两个指针还不如用双链表。

        这个时候怎么办？难道我们要使用双链表？不，绝对不行。这时，数组意外路过，对啊，我们可以用数组。

        数组每次使用前像顺序表一样判断是否开辟空间，在用一个变量size来记录尾，这样不就完美符合要求了。那说干就干吧。打开我们心爱的VS。

        2.1 栈的结构

                栈的结构，可以借鉴一下顺序表，要有数组、容量和栈定元素。结构如下：

// 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;

        2.2 栈的初始化 

                要进行初始化，大家想一想top赋值为多大合适，如果为0，那么0是不是为栈的第一个元素？是不是？答案是：是的。那么，有没有办法不叫top指向数组第一个元素？有，使top的值为-1即可。在后续代码中，我会将top初始化为0（别问，问就是top此时可以当顺序表中的size使用）。代码如下：

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

        2.3 栈的销毁

                在我们今后写代码一定要记住：只要你malloc，realloc一定要free，你创建了就一定要销毁。

                那我们创建了一个栈，那么我们一定要销毁。代码如下：

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);//此处记得释放ps指向的数组，不要写成ps！！！
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

                注意事项写在代码里了，一定要记住！！！

        2.3 栈元素的插入

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * sizeof(ps->capacity);
		STDataType* newnode = (STDataType*)realloc(ps->a,newcapacity*sizeof(STDataType));
		if (newnode == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		ps->capacity = newcapacity;
		ps->a = newnode;
	}
	//这里之所以没有封装成一个接口，是因为这里只用一次，其余的都不使用
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
	//这里也可以合二为一
	//ps->a[ps->top++] = data;
}

                此处要点与顺序表类似，就不过多强调。

        2.4 栈元素的删除

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

                此处代码过于简单，那么能不能不把这个封装了，直接写。其实你要是想这么干，你可以试一试，不过提醒一下：可能会出乱子。还是那句话：专业的事专业的人做。

        2.5 栈顶元素获取

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

                对于此代码最后的返回值可能会有人有疑问，我简单解释一下：64f0348468ec4ae69f97fa5f0fd0deab.png   

        2.6 栈元素有效个数获取 

// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

                上文说过top初始化为0时可当size来使用，代码简单，不过多解释。

        2.7 栈是否为空判断

// 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;
}

                注意点：必须包含头文件：stdbool.h。

三、代码总览

        Stack.h

#pragma once
#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);

        Stack.c

#include"Stack.h"

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * sizeof(ps->capacity);
		STDataType* newnode = (STDataType*)realloc(ps->a,newcapacity*sizeof(STDataType));
		if (newnode == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		ps->capacity = newcapacity;
		ps->a = newnode;
	}
	//这里之所以没有封装成一个接口，是因为这里只用一次，其余的都不使用
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
	//这里也可以合二为一
	//ps->a[ps->top++] = data;
}
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	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，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)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);//此处记得释放ps指向的数组，不要写成ps！！！
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

        测试代码:test.c

#include"Stack.h"

int main()
{
	Stack p;
	StackInit(&p);
	StackPush(&p, 1);
	StackPush(&p, 2);
	StackPush(&p, 3);
	StackPush(&p, 4);
	while (!StackEmpty(&p))
	{
		printf("%d ", StackTop(&p));
		StackPop(&p);
	}
	StackDestroy(&p);
	return 0;
}

四、例题

        既然明白了，那么来几道题巩固一下吧！

        例一：

        设栈S和队列 Q的初始状态均为空，元素 abcdepg 依次进入栈S。若每个元素出栈后立即进入队列 Q，且7个元素出队的顺序是 bdcfeag，则栈S的容量至少是：

        88e814b0da584e5983d1dcdc5aa93422.png

        例二： 

        若元素a,b,c,d,e,f依次进栈，允许进栈、退栈操作交替进行，但不允许连续3次进行退栈操作，不可能得到的出栈序列是（）。

        A. dcebfa                        B. cbdaef                        C.bcaefd                        D.afedcb

340f8e5b76ce48839dc2686f33b973f5.png

        例三： 

        元素 a,b,c,d,e依次进入初始为空的栈中，若元素进栈后可停留、可出栈，直到所有元素都出栈，则在所有可能的出栈序列中，以元素d开头的序列个数是dcd932288b1246d1a498765de12c4601.png

        好了，我们的学习到现在就结束了，如有疑惑可私信，也可在评论区留言。

完！ 

 

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