【数据结构】深度剖析栈的各接口功能实现

news2024/11/17 10:45:48

目录

🍊前言🍊:

🥝一.栈的概述🥝:

1.栈的概念:

2.栈的结构:

🍉 二、栈的各接口功能实现🍉:

1.栈的初始化:

2.压栈:

3.出栈:

4.取栈顶数据:

5.计算栈内有效数据:

6.判断栈是否为空:

7.栈的销毁:

🍇三、所有接口完整代码🍇:

1.Stack.h:

2.Stack.c:

3.test.c:

🍒总结🍒:


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🏡🏡 本文重点 🏡🏡:

🚅 栈的概念与结构 🚃 栈各接口功能实现 🚏🚏

🍊前言🍊:

        前面我们学习了顺序表与链表的相关知识,也实现了它们各自的所有常用功能接口,理清了二者的使用差异和适用条件,而今天我们就将进入下一部分关于 栈(stack) 的研究之中。

🥝一.栈的概述🥝:

1.栈的概念:

        栈(stack)又名堆栈,它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶,相对地,把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈,它是把新元素放到栈顶元素的上面,使之成为新的栈顶元素;从一个栈删除元素又称作出栈或退栈,它是把栈顶元素删除掉,使其相邻的元素成为新的栈顶元素

  • :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、入栈或压栈,入数据在栈顶

  • 出栈:栈的删除操作叫做出栈或退栈。出数据也在栈顶

2.栈的结构:

🍉 二、栈的各接口功能实现🍉:

        在这里銮崽以数组栈的实现为例为各位小伙伴们进行讲解。

1.栈的初始化:

  • 初始化前需进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 确认非空后将所有元素置为初始值即可。
  • Top 的值可以为 0 也可以为 -1 ,区别在于:为 0 表示 Top 指向栈顶数据的下一个数据;而 -1 表示 Top 指向栈顶数据
void SInit(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	p->a = NULL;
	p->top = 0;
	p->capacity = 0;
}

2.压栈:

  • 执行操作前进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 还要对栈空间进行判断,若栈内 top = capacity ,则说明此时已经存满,于是需要进行扩容操作
  • 扩容操作注意考虑首次扩容,即栈内容为空时的特殊情况,这里使用了三目操作符首次扩容时使内存扩容为一个数据的大小,即 SDataType 类型,为 4 字节,而其它数据在扩容时则扩容为原大小的二倍
  • 扩容完毕后判断是否扩容成功扩容失败需要提示扩容错误并退出,防止出现不可预料的错误。扩容成功则将新申请来的空间赋给栈
  • 最后若达到压栈要求,则将数据存至栈顶,并使栈顶向后指一步
void SPush(ST* p, SDataType x)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	//判断是否存满:
	if (p->top == p->capacity)
	{
		//动态开辟:
		int NewCapacity = (p->capacity == 0) ? 4 : (p->capacity * 2);
		SDataType* tmp = realloc(p->a, sizeof(SDataType) * NewCapacity);
		//判断是否开辟成功:
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("Realloc fail\n");
			exit;
		}
		else
		{
			p->a = tmp;
			p->capacity = NewCapacity;
		}
	}
	//达到压栈要求,执行压栈操作:
	p->a[p->top] = x;
	p->top++;
}

3.出栈:

  • 执行操作前需进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 删除栈顶数据,即数据出栈的操作则十分简单,只需将指向栈顶的指针前移一步即可,不过在进行前移时,要注意判断栈内是否还有数据元素,若没有数据则停止前移
void SPop(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	if (p->top > 0)
	{
		p->top--;
	}
}

4.取栈顶数据:

  • 执行操作前需要进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 同时需要判断栈内是否存在数据
  • 判断结果非空,即栈内存在数据(可以获取到栈顶数据),则返回栈顶数据,否则打印提示“ 栈顶数据获取失败 ”
SDataType STop(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StackTop get fail\n");
		exit;
	}
	if (p->top > 0)
	{
		return p->a[p->top - 1];
	}
}

5.计算栈内有效数据:

  • 执行操作前需进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 判断栈数据有效后,直返回栈顶即可,即为栈内有效数据。
int SSize(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StsckSize get fail\n");
		exit;
	}
	return p->top;
}

6.判断栈是否为空:

  • 执行操作前需要进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 直接对栈顶数据进行判断即可,若栈顶数据为初始值 0 ,则说明栈内没有数据,为空,返回特征值 1,否则返回 0
int SEmpty(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StackEmpty get fail\n");
		exit;
	}
	if (p->top == 0)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}
  • 该接口甚至可以简化为
int SEmpty(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StackEmpty get fail\n");
		exit;
	}
	return p->top == 0;
}

7.栈的销毁:

  • 执行操作前需进行非空判断,防止对空指针进行操作。
  • 判断结果非空,即需要释放后,直接释放指针 p->a 并置空后,将栈顶数据 top 与有效数据数量 capacity 置为初始值 0 即可。
void SDestroy(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	free(p->a);
	p->a = NULL;
	p->capacity = p->top = 0;
}

🍇三、所有接口完整代码🍇:

1.Stack.h:

#pragma once

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

typedef int SDataType;

typedef struct Stack
{
	SDataType* a;
	int top;    //栈顶位置
	int capacity;    //容量空间的大小
}ST;

void SInit(ST* p);    //栈的初始化
void SPush(ST* p, SDataType x);    //压栈
void SPop(ST* p);    //出栈
SDataType STop(ST* p);    //取栈顶数据
int SSize(ST* p);    //计算栈内有效数据数量
int SEmpty(ST* p);    //判断栈是否为空
void SDestroy(ST* p);    //栈的销毁

2.Stack.c:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Stack.h"

//栈的初始化:
void SInit(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	p->a = NULL;
	p->top = 0;    //也可以是-1
	p->capacity = 0;
}

//压栈:
void SPush(ST* p, SDataType x)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	//判断是否存满:
	if (p->top == p->capacity)
	{
		//动态开辟:
		int NewCapacity = (p->capacity == 0) ? 4 : (p->capacity * 2);
		SDataType* tmp = realloc(p->a, sizeof(SDataType) * NewCapacity);
		//判断是否开辟成功:
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("Realloc fail\n");
			exit;
		}
		else
		{
			p->a = tmp;
			p->capacity = NewCapacity;
		}
	}
	//达到压栈要求,执行压栈操作:
	p->a[p->top] = x;
	p->top++;
}

//出栈:
void SPop(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	if (p->top > 0)
	{
		p->top--;
	}
}

//取栈顶数据:
SDataType STop(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StsckTop get fail\n");
		exit;
	}
	if (p->top > 0)
	{
		return p->a[p->top - 1];
	}
}

//计算栈内有效数据数量:
int SSize(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StsckSize get fail\n");
		exit;
	}
	return p->top;
}

//判断栈是否为空:
int SEmpty(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StsckEmpty get fail\n");
		exit;
	}
	if (p->top == 0)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

//判断非空可以简化为:
int SEmpty(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		printf("StsckEmpty get fail\n");
		exit;
	}
	return p->top == 0;
}

//栈的销毁:
void SDestroy(ST* p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	free(p->a);
	p->a = NULL;
	p->capacity = p->top = 0;
}

3.test.c:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Stack.h"

void StackTest()
{
	ST st;
	//初始化栈:
	SInit(&st);
	//压栈:
	SPush(&st, 1);
	SPush(&st, 2);
	SPush(&st, 3);
	SPush(&st, 4);
	//出栈:
	SPop(&st);
	SPop(&st);
	//获取栈顶数据:
	printf("Top Data = %d\n", STop(&st));
	//获取有效数据个数:
	printf("Here are %d data in the stack\n", SSize(&st));
	//判断栈内是否为空:
	int ret = SEmpty(&st);
	if (ret)
	{
		printf("NULL\n");
	}
	else
	{
		printf("NOT NULL\n");
	}
	//销毁栈:
	SDestroy(&st);
}

int main()
{
	StackTest();

	return 0;
}

🍒总结🍒:

        今天銮崽就以数组栈为例,较全面的向各位小伙伴们展示并讲解了栈的概念、结构与各接口的实现过程与作用原理,各位小伙伴们下去以后最好能够再抽出一些时间,自己动动手,尝试一下栈各个接口的实现,帮助自己更好的理解和使用栈的相关操作。

        🔥🔥眼里有不朽的光芒,心里有永恒的希望🔥🔥

        更新不易,辛苦各位小伙伴们动动小手,👍三连走一走💕💕 ~ ~ ~  你们真的对我很重要!最后,本文仍有许多不足之处,欢迎各位认真读完文章的小伙伴们随时私信交流、批评指正!

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