数据结构学习：栈

news2024/12/23 18:14:42

栈的简介

栈（Stack）是限定仅在表尾进行插入租删除操作的线性表。

允许插入和删除的一端称为栈顶(top),另-端称为栈底(bottom)

不含任何数据元素的栈称为空栈

栈又称为后进先出的线性表,简称LIFO结构

栈的插入操作，也叫做进栈，压栈，入栈

栈的删除操作，叫做出栈

以下是栈的示意图，

栈的C语言编写

因为栈也是线性表的一种，所以也包括两种类型，顺序栈和链式栈。

顺序栈

单链表在C语言下编写的结构代码如下，

#define MAXSIZE 128 
typedef int data_t;

/* 1 */
/*typedef struct 
{
    data_t data[MAXSIZE];
    int last;

}Sqstack,*Sqstacklist;*/

/*下面编写另一种形式的栈结构建立*/
/*这种建立方式会让后面的编程相较顺序表的编程来说变难
但是用户可以自主设定data中的数据容量*/
typedef struct 
{
    data_t *data;/*将数据由原来的数组转变设置为一个指向数据地址的指针*/
    int maxlen;/*多加入一个参数，用于设定数据的最大长度，主要体现在malloc申请内存时*/
    int top;/*指示栈顶的位置的变量，指定的是数组下标*/

}Sqstack;

下面我们将编写一些顺序表相关的函数，在编写时我们一般会创建三个文件，分别是sqlist.h，sqlist.c，test.c，其中sqlist.h用于编写一些数据结构的定义和函数结构，sqlist.c用于编写函数具体实现，test.c用于测试每个函数是否正确。

在sqlist.h文件中，编写的程序如下，

#define MAXSIZE 128 
typedef int data_t;

/* 1 */
/*typedef struct 
{
    data_t data[MAXSIZE];
    int last;

}Sqstack,*Sqstacklist;*/

/*下面编写另一种形式的栈结构建立*/
/*这种建立方式会让后面的编程相较顺序表的编程来说变难
但是用户可以自主设定data中的数据容量*/
typedef struct 
{
    data_t *data;/*将数据由原来的数组转变设置为一个指向数据地址的指针*/
    int maxlen;/*多加入一个参数，用于设定数据的最大长度，主要体现在malloc申请内存时*/
    int top;/*指示栈顶的位置的变量，指定的是数组下标*/

}sqstack;

sqstack * stack_creat(int len);
int stack_push(sqstack *s,data_t value);
int stack_empty(sqstack *s);
int stack_full(sqstack *s);
data_t stack_pop(sqstack *s);
data_t stack_top(sqstack *s);
int stack_clear(sqstack *s);
int stack_free(sqstack *s);

在sqlist.h文件中，我们编写相关函数的具体实现，以下是每个操作API函数的实现，

创建顺序栈

/*创建栈,len表示数据的长度*/
sqstack * stack_creat(int len)
{
    sqstack *s;
    /*申请内存*/
    /*先为结构体申请内存*/
    if((s = (sqstack*)malloc(sizeof(sqstack))) == NULL)
    {
        printf("malloc sqstack fail\n");
        return NULL;
    }

    /*由于现在的数据是用指针存储，而上面申请时只是申请了结构体内三个元素的内存，所以我们还需要申请数据的内存*/
    if((s->data = (data_t*)malloc(sizeof(data_t)*len)) == NULL)
    {
        printf("malloc data fail\n");
        free(s->data);
        return NULL;
    }

    /*赋初值*/
    /*从s->data开始，每个部分都放0，放的长度len*sizeof(data_t)，也就是把数据的初值都赋为0*/
    memset(s->data,0,len*sizeof(data_t));

    s->maxlen = len;
    s->top = -1;
    return s;

}

入栈

/*入栈函数*/
int stack_push(sqstack *s,data_t value)
{
    if(s == NULL)
    {
        printf("stack is null\n");
        return -1;
    }
    /*判断是否为满*/
    if(s->top == s->maxlen-1)
    {
        printf("stack is full\n");
        return -1;
    }

    s->top = s->top+1
    s->data[s->top] = value;
    return 0;
}

出栈 

/*出栈*/
data_t stack_pop(sqstack *s)
{
    data_t data;
    if(s == NULL)
    {
        printf("stack is null\n");
        return -1;
    }
    /*判断栈中是否有值，没有值无法进行*/
    if(s->top == -1)
    {
        printf("stack is empty");
        return 0;
    }

    data = s->data[s->top];
    s->top--;
    return s;
}

释放栈空间

/*释放栈空间*/
int stack_free(sqstack *s)
{
    /*由于我们malloc申请了两个部分的空间，所以都要释放*/
    /*并且我们得先释放结构体中的data_t* 的内存，在释放stack的内存*/
    if(s->data != NULL)
        free(s->data);

    free(s);
}

简单查看函数

 

/*判断是否是空栈*/
int stack_empty(sqstack *s);
{
    if(s == NULL)
    {
        printf("stack is null\n");
        return -1;
    }
    /*三目运算表示，top等于-1返回1表示是空，否则返回0*/
    return(s->top == -1?1:0);

}

/*判断是否满栈*/
int stack_full(sqstack *s)
{
    if(s == NULL)
    {
        printf("stack is null\n");
        return -1;
    }  

    return(s->top == len-1?1:0);  
}


/*查看栈顶元素*/
data_t stack_top(sqstack *s)
{
    return s->data[s->top];
}

/*清除栈元素*/
int stack_clear(sqstack *s)
{
    if(s == NULL)
    {
        printf("stack is null\n");
        return -1;
    }

    /*由于清理元素不是释放内存，所以我们只需要调整top即可告诉用户链表无值*/
    s->top = -1;
    return 0;

}

链式栈

链式栈其实就是给单链表加一个限制，就是链表的插入和删除操作只允许在链表的头部进行，链表尾部就是栈底，头指针就是栈顶指针。

同样，链式栈我们依旧编写其相关函数进行学习，如下，

typedef int data_t;

typedef struct node
{
    data_t data;
    struct node* next;

    
}linknode,*linkstack;

linkstack stack_create();
int stack_push(linkstack s,data_t value);
data_t stack_pop(linkstack s);
int stack_empty(linkstack s);
int stack_top(linkstack s);
linkstack stack_free(linkstack);

创建链式栈

linkstack stack_create()
{
    linkstack s;
    s = (linkstack)malloc(sizeof(linknode)); 

    if(s == NULL)
    {
        printf("malloc linkstack fail");
        return NULL;
    }

    s->data = 0;
    s->next = NULL;
    return s;

}

 入栈

/*入栈*/
int stack_push(linkstack s,data_t value)
{
    linkstack p;
    if(s == NULL)
    {
        printf("linkstack is null");
        return -1;
    }

    p = (linkstack)malloc(sizeof(linknode));
    if(p == NULL)
    {
        printf("malloc fail\n");
        return -1;
    }

    /*先赋初值(习惯)*/
    p->data = value;
    p->next = NULL

    p->next = s->next;

    s->next = p;

    return 0;
}

出栈

/*出栈*/
data_t stack_pop(linkstack s)
{
    data_t data;
    linkstack p;
    if(s == NULL)
    {
        printf("linkstack is null");
        return 0;
    }

    data = s->next->data;
    p = s->next;
    s->next = p;

/*删除就是把这个部分释放掉,且要将指针赋NULL，防止野指针*/
    free(p);
    p = NULL;

    return data;
}

释放栈空间

/*释放栈的空间*/
linkstack stack_free(linkstack s)
{
    linkstack p;
    if(s == NULL)
    {
        printf("linkstack is null");
        return NULL;
    }

    while(s != NULL)
    {
        p = s;
        s = p->next;
        free(s);

    }

    return NULL;

}

简单查看函数

/*判断栈是否为空栈*/
int stack_empty(linkstack s)
{
    if(s == NULL)
    {
        printf("linkstack is null");
        return -1;
    }    

    return(s->next == NULL?1;0);
}

/*查看栈顶元素*/
data_t stack_top(linkstack s)
{
    if(s == NULL)
    {
        printf("linkstack is null");
        return -1;
    } 

    return(s->next->data); 
}

针对数据结构与算法的学习主要是从代码编程的角度进行学习，建议大家学习完相关理论知识后，还是自己进行敲一下代码，这样对数据结构的学习更有帮助！

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