【数据结构和算法】了解认识栈，并实现栈的相关函数

news2024/11/17 23:58:28

到现在我们了解并认识了线性表的概念，动态、静态顺序表的建立，以及两种链表的实现，接下来我们要认识一个新的内容，新的概念，栈，是基于顺序表或者链表的一种新型数据结构。

目录

一、栈是什么？

二、栈的实现

1.实现的方式

2.实现栈的函数

1.初始化栈

2.入栈

3.出栈

4.查看栈顶元素

5.打印栈和清空栈

三、完整代码实现

1.链表实现栈

2.数组（顺序表）实现栈

总结

一、栈是什么？

栈：是一种特殊的线性表。其只允许在固定的一端进行插入和删除操作。进行数据的插入和删除的一端称为栈顶，另外的一端称为栈底。栈中的数据元素遵循先进后出（后进先出）的原则

之前在学习C语言的时候，就i听说过的两种概念

1.压栈：栈的插入操作叫做进栈、压栈、入栈等，插入数据在栈顶

2.出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶

 

二、栈的实现

1.实现的方式

有两种

1.我们可以通过顺序表的形式实现，因为进行尾插尾删除，代价小，就算是更改或者删除栈中指定的元素，不过也是移动位置而已。

如图所示：

结构体代码如下：

#define MAX 100
#define CAp 4 ///初始化的时候capacity的容量
#define Make 2//每一次增加的newCapacity的容量
//静态
typedef struct Stacknode {
	int data[MAX];//数据域
	int size;//表示元素个数
}Stack;
//动态
typedef struct Stacknode2 {
	int* data;//数据域
	int size;//表示元素个数
	int capacity;//表示当前容量
}Stack1;

2.通过链表的形式进行实现栈表

结构体如下:

//创建基础结构
typedef struct node {
	int data;
	struct node* next;
}ST;


//栈实际上就是一个只能进行头插头删的单向链表
//创建栈的头尾结点 结构体
typedef struct stack {
	struct node* top;//栈顶元素地址
	struct node* bottom;//栈底元素地址
	int size;//栈的元素个数
};

2.实现栈的函数

以链表实现栈为例，在本文结尾处，一并放置用数组实现栈的完整代码

1.初始化栈

结构体如上，使用的是上文的结构体类型

代码如下：


//初始化栈
struct stack* create_stack()
{
	struct stack* s = (struct stack*)malloc(sizeof(struct stack));
	s->size = 0;
	s->bottom = s->top = NULL;
	return s;
}

使用malloc函数，申请空间，将s的size大小置为0，bottom和top表示栈底栈顶都指向NULL

2.入栈

如图所示：

 代码如下：

//创建新的结点
struct node* create_node(int data) {
	struct node* newnode = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = data;
	return newnode;
}

//入栈
//入栈首先要将准备入栈的元素封装成结点，和链表没有差别

void stackPush(struct stack* s, int x) {
	ST* newnode = create_node(x);
	newnode->next = s->top;
	s->top = newnode;
	s->size++;
}

3.出栈

如图所示：

代码如下：

//出栈
void stackPop(struct stack* s, int* x) {
//判断是否为空栈   如果是 空栈的话就  使得输出 Pop failed
	if (s->size == 0) {
		printf("Pop failed\n");
		exit(-1);
	
	}
	//创建结点临时变量  赋值得到栈顶元素
	ST* tmp = s->top;
	*x = tmp->data;//得到数值
	s->top = tmp->next;
	s->size--;
}

4.查看栈顶元素

代码如下：

//查看栈顶元素
void stackTop(struct stack* s, int* x) {
	if (s->size == 0) {
		printf("空栈~~\n");
		exit(-1);
	}

	*x = s->top->next->data;
}

5.打印栈和清空栈

代码如下：

//清空栈
void make_stack_empty(struct stack* s) {
	s->size = 0;
	s->bottom = s->top ;
	//将栈底等于栈顶就可以  然后将size为0

}
void stackPrint(struct stack* s) {
	//打印栈表
	ST* list = s->top;
	printf("top -> ");
	while (list!=NULL) {
		printf("%d -> ", list->data);
		list = list->next;
	}
}

三、完整代码实现

1.链表实现栈

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<malloc.h>

//创建基础结构
typedef struct node {
	int data;
	struct node* next;
}ST;


//栈实际上就是一个只能进行头插头删的单向链表
//创建栈的头尾结点 结构体
typedef struct stack {
	struct node* top;//栈顶元素地址
	struct node* bottom;//栈底元素地址
	int size;//栈的元素个数
};
//表示每一个栈都是struct stack* 类型的，栈中的每一个怨怒是都是struct node *类型的  不仅需要为栈分配内存，还需要为压入栈中的元素分配内存

/*
node中的next指针用于让栈中上面的节点连接到下面的节点，stack中的top和bottom分别存放当前栈顶元素的地址和栈底元素的后一个位置的地址（NULL），
因为是用于指向栈中节点的指针，所以得是struct node* 类型。*/

//初始化栈
struct stack* create_stack()
{
	struct stack* s = (struct stack*)malloc(sizeof(struct stack));
	s->size = 0;
	s->bottom = s->top = NULL;
	return s;
}

//一开始栈是空的所以 size为0  top  bottom是NULL

//创建新的结点
struct node* create_node(int data) {
	struct node* newnode = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = data;
	return newnode;
}

//入栈
//入栈首先要将准备入栈的元素封装成结点，和链表没有差别

void stackPush(struct stack* s, int x) {
	ST* newnode = create_node(x);
	newnode->next = s->top;
	s->top = newnode;
	s->size++;
}

//出栈
void stackPop(struct stack* s, int* x) {
//判断是否为空栈   如果是 空栈的话就  使得输出 Pop failed
	if (s->size == 0) {
		printf("Pop failed\n");
		exit(-1);
	
	}
	//创建结点临时变量  赋值得到栈顶元素
	ST* tmp = s->top;
	*x = tmp->data;//得到数值
	s->top = tmp->next;
	s->size--;
}

//查看栈顶元素
void stackTop(struct stack* s, int* x) {
	if (s->size == 0) {
		printf("空栈~~\n");
		exit(-1);
	}

	*x = s->top->next->data;
}

//清空栈
void make_stack_empty(struct stack* s) {
	s->size = 0;
	s->bottom = s->top ;
	//将栈底等于栈顶就可以  然后将size为0

}
void stackPrint(struct stack* s) {
	//打印栈表
	ST* list = s->top;
	printf("top -> ");
	while (list!=NULL) {
		printf("%d -> ", list->data);
		list = list->next;
	}
}
int main()
{
	struct stack *s = create_stack();
	stackPush(s, 1);
	stackPush(s, 2);
	stackPush(s, 3);
	stackPush(s, 4);
	stackPush(s, 5);
	stackPrint(s);
	int a = 0;
	stackPop(s,&a);
	printf("\n%d\n", a);
	stackPrint(s);
	return 0;
}

2.数组（顺序表）实现栈

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"steck.h"
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
//栈是限定在一个表里面的一段进行插入删除操作的线性表
// 数据进出的顺序为先进后处
// 应用场景：网页浏览的时候的后退  编辑软件的撤销
// 
//创建栈  两个方式：数组（顺序表）和 单链表


//1.数组：选用数组用来做栈的存储结构，只需要在数组末尾进行操作即可，完美避开数组操作中挪动数据缺陷
      //   显然是可以用数组来做栈的存储结构
//2.单链表  ：因为栈是吸纳星表的一段进行操作，所以一般是用链表头进行操作

//进行头插头删  是用链表更好 效率更高


//1.用数组的方式
typedef int StackDataType;
typedef struct Stcak {
    StackDataType* data;
    int top;
    int capacity;   //数据域和元素个数
}ST;

//初始化
void StackInit(ST* ps) {
    ps->data = (StackDataType*)malloc(sizeof(StackDataType) * 4);
    if (ps->data == NULL) {
        printf("malloc failed\n");
        exit(-1);
    }
    ps->top = 0;
    ps->capacity = 4;

}
//压栈
void StackPush(ST* ps, int x) {
    assert(ps);//断言
    //满了就扩容
    if (ps->top == ps->capacity) {
        StackDataType* tmp = (StackDataType*)realloc(ps->data, sizeof(StackDataType) * ps->capacity * 2);
        if (tmp == NULL) {
            printf("realloc failed\n");
            exit(-1);
        }
        else {
            ps->data = tmp;
            ps->capacity *= 2;

        }
    }
    ps->data[ps->top] = x;
    ps->top++;

}
//出栈
void StackPop(ST* ps) {
    //出栈是将最后一个元素放出来  先进后出
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);//断言进行判断是否栈为空  即top!=0
    ps->top--;
    //直接减减就可以  没有了对应元素 的数据  如果再次压栈的话 会把之前的数据进行更改
}

//取得栈顶元素
StackDataType StackTop(ST* ps) {
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);
    return ps->data[ps->top - 1];//因为top栈顶始终要保持比元素个数大一，保证压栈的时候先压栈然后再加加
//所以取栈顶元素 的时候 top-1
}

//销毁栈
void StackDestory(ST* ps) {
    assert(ps);
    free(ps->data);
    //释放数组data的空间
    ps->data = NULL;
    ps->top = ps->capacity = 0;

}

//求栈中元素个数
int StackSize(ST* ps) {
    assert(ps);
    return ps->top;
}
//判断是否为空
bool StackEmpty(ST* ps) {
    assert(ps);
    return ps->top == 0;
}
void StackPrint(ST* ps) {
    //打印栈表
    assert(ps);
    for (int i = 0; i < ps->top; i++) {
        printf("%d ", ps->data[i]);
    }
    printf("\n");
}
int main()
{
    ST s;
    ST *ps=&s;
  /*  StackInit(&ps);
    StackPush(&ps, 1);
    StackPush(&ps, 2);
    StackPush(&ps, 3);
    StackPush(&ps, 4);
    StackPush(&ps, 5);
    StackPrint(&ps);*/
    StackInit(ps);
    StackPush(ps, 1);
    StackPush(ps, 2);
    StackPush(ps, 3);
    StackPush(ps, 4);
    StackPush(ps, 5);
    StackPop(ps);//出栈成功
    StackPrint(ps);
    printf("%d \n", StackTop(ps));//取得栈顶元素
    printf("%d \n", StackSize(ps));//获得栈表元素个数
    StackDestory(ps);
    StackPrint(ps);//销毁栈表成功
    return 0;
}

总结

栈是限定在一个表里面的一段，对其进行插入删除操作的线性表，数据进出的顺序为先进后处，应用场景：网页浏览的时候的后退  编辑软件的撤销，实际上栈的功能就这样，学会顺序表以及链表的使用，对于栈来讲，只是懂得头擦头删，理解概念了，就好掌握并实现栈。

下文，我们会讲解一下队列，和栈相似，但是另有不同，敬请期待吧，感谢大家支持！！！

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