栈的定义和基本操作的实现

news2024/9/20 9:30:03

写代码：定义顺序存储的栈（数组实现），数据元素是 int 型
写代码：基于上述定义，实现“出栈、入栈、判空、判满”四个基本操作
写代码：定义链式存储的栈（单链表实现）
写代码：基于上述定义，栈顶在链头，实现“出栈、入栈、判空、判满”四个基本操作
写代码：定义链式存储的栈（双向链表实现）
写代码：基于上述定义，栈顶在链尾，实现“出栈、入栈、判空、判满”四个基本操作
给自己出题：自己动手创造，写一个具有多层小括号、中括号的算数表达式
画图：针对2.1.7的算数表达式，使用栈进行“括号匹配”，画出栈内元素最多的状态
简答：请描述使用栈进行括号匹配的过程

1.定义顺序存储的栈（数组实现），数据元素是 int 型

#include <stdio.h>

#define Maxsize 50

typedef struct{
	int data[Maxsize];
	int top;
}sqStack;

2.实现“出栈、入栈、判空、判满”四个基本操作

#include <stdio.h>

#define Maxsize 50

typedef struct{
	int data[Maxsize];
	int top;
}sqStack;

//初始化
void InitStack(sqStack *s){
	s->top=-1;
} 
//判空
bool  StackEmpty(sqStack &s)
{
	if(s.top==-1)
		return true;
	else
		return false;
	
}
//判满
bool StackFull(sqStack s)
{
	if(s.top==Maxsize-1){
		//TODO
		return true;
		
	}else{
		return false;
	}
}
//入栈
bool Push (sqStack &s,int e){
	if(s.top==Maxsize-1){
		//TODO
		return false;
	}
	s.data[++s.top]=e;
	return true;
} 
//出栈
bool Pop(sqStack &s,int e){
	if(s.top==-1){
		//TODO
		return false;
	}
	e=s.data[s.top--];
	return true;
} 
// 打印栈内元素
void printStack(sqStack &s) {
    if (StackEmpty(s)) {
        printf("栈为空\n");
        return;
    }
    for (int i = s.top; i >= 0; i--) {
        printf("%d ", s.data[i]);
    }
    printf("\n");
}
 
int main() {
    sqStack s;
    InitStack(&s);
 
    // 示例操作
    Push(s, 1);
    Push(s, 2);
    Push(s, 3);
    printStack(s);
 
    int value = Pop( s,3);
    printf("出栈元素: %d\n", value);
    printStack(s);
 
    return 0;
}

3.定义链式存储的栈（单链表实现）

#include <stdio.h>

typedef struct Linknode
{
	int data;
	struct Linknode *next;
}Linknode;
typedef struct Stack
{
	Linknode *top;
	
}Stack;

4.栈顶在链头，实现“出栈、入栈、判空、判满”四个基本操作

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct Linknode
{
	int data;
	struct Linknode *next;
}Linknode;
typedef struct Stack
{
	Linknode *top;
	int size;
	int maxSize;
	
}Stack;

//初始化
void initStack(Stack *stack,int maxSize)
{
	stack->top=NULL;
	stack->maxSize=maxSize;
	stack->size=0;
	


}

//判空
bool stackEmpty(Stack stack)
{
	if(stack.top==NULL){
		//TODO
		return true;
		
	}else{
		return false;
	}
} 

//判满
bool stackFull(Stack *stack)
{
	if(stack->size =stack->maxSize){
		return true;
	} 
	else{
		return false;
	}
	    
}
//入栈
void push(Stack *stack ,int data)
{
	Linknode *newNode=(Linknode*)malloc(sizeof(Linknode));
	newNode->data=data;
	newNode->next=stack->top;//新节点指向旧的栈顶
	stack->top=	newNode;//更新栈顶指针
	 
} 
//出栈
bool pop(Stack *stack)
{
	if(stackEmpty(*stack)){
		//TODO
		printf("栈已空，无法进行出栈操作。\n");
		return false;
	}
	Linknode*temp=stack->top;
	int data=stack->top->data;
	stack->top=stack->top->next;//更新栈顶指针
	free(temp) ;
	return true ;
	
} 

void printStack(Stack stack) {
    Linknode* current = stack.top;
    while (current != NULL) {
        printf("%d ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("\n");
}
 
int main() {
    Stack stack;
    initStack(&stack,50);
 
    push(&stack, 1);
    push(&stack, 2);
    push(&stack, 3);
 
    printStack(stack); // 输出: 3 2 1
 
    int popped = pop(&stack);
    printf("出栈元素: %d\n", popped);
 
    printStack(stack); // 输出: 2 1
 
    return 0;
}

5.定义链式存储的栈（双向链表实现）

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

struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
    struct Node* prev;
};

// 定义栈结构
struct Stack {
    struct Node* top; // 栈顶指针，链尾
};

6.基于上述定义，栈顶在链尾，实现“出栈、入栈、判空、判满”四个基本操作

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

struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
    struct Node* prev;
};

// 定义栈结构
struct Stack {
    struct Node* top; // 栈顶指针，链尾
};

// 初始化
void initStack(struct Stack* stack) {
    stack->top = NULL;
}

// 入栈
void push(struct Stack* stack, int value) {
    struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
    if (newNode == NULL) {
        printf("内存分配失败，无法执行入栈操作\n");
        return;
    }
    newNode->data = value;
    newNode->next = NULL;

    if (stack->top == NULL) {
        newNode->prev = NULL;
        stack->top = newNode;
    } else {
        newNode->prev = stack->top;
        stack->top->next = newNode;
        stack->top = newNode;
    }
}

// 出栈
int pop(struct Stack* stack) {
    if (stack->top == NULL) {
        printf("栈为空，无法执行出栈操作\n");
        return -1; // 返回一个错误值
    }
    struct Node* temp = stack->top;
    int poppedValue = temp->data;

    if (stack->top->prev != NULL) {
        stack->top = stack->top->prev;
        stack->top->next = NULL;
    } else {
        stack->top = NULL;
    }

    free(temp);
    return poppedValue;
}

// 判空
int isEmpty(struct Stack* stack) {
    return (stack->top == NULL);
}

// 判满
//对于链式存储的栈，通常不会满，所以返回0表示不满
int isFull(struct Stack* stack) {
    return 0;
}

void freeStack(struct Stack* stack) {
    while (stack->top != NULL) {
        struct Node* temp = stack->top;
        stack->top = temp->prev;
        free(temp);
    }
}

int main() {
    struct Stack stack;
    initStack(&stack);
    push(&stack, 1);
    push(&stack, 2);
    push(&stack, 3);

    printf("出栈操作: %d\n", pop(&stack));

    printf("栈是否为空: %s\n", isEmpty(&stack) ? "是" : "否");

    printf("栈是否满: %s\n", isFull(&stack) ? "是" : "否");

    freeStack(&stack);

    return 0;
}