数据结构——栈的实现

news2025/1/11 2:08:09

今天,我们来写一下关于栈的博文。

1.首先我们先了解一下什么是栈?

一:概念:

: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

为了更好的理解,我们画个图辅助了解一下吧。

具体解释:

你看上面:

想要加数据的时候,就在栈顶入数据,此时叫压栈

再看,想要删数据的时候,是不是也得再栈顶出?此时叫出栈

同时,你是不是就发现了无论它是加还是删,遵循的规律都是后进先出

 

二:栈的实现

好了,有了上面的认识后,就可以进行实现部分了。

在此之前,我们首先得考虑考虑,我们得采用什么形式呢?是数组还是链表呢?

一般来说,两者都是可以的,但是使用数组的形式更优一些,对此我们在这里就以链表来实现它。
链式栈:可以用双向链表,但最好用单链表(用头那边当栈顶)
如果用的是数组的话,一般是尾部当栈顶

其实,感觉这里跟顺序表那些都差不多呢~

好了,至此,正式开始吧:

建立数组栈结构:

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

初始化部分

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);

	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;   // top是栈顶元素的下一个位置

	//ps->top = -1;   // top是栈顶元素位置
}


但是这里有些问题:top指向的是栈顶的下一个,先放数据再++
还是栈顶位置,一开始就在0这个位置出发。先++再放数据。给-1位置

看下图:

那么,肯定有人疑惑为什么呢?

答:因为当初始化给0时,就代表栈顶有元素了,给-1的时候就表示栈为空。

你也可以那样想到数组那个,你看:

数组[0]的时候它是不是就代表已经有一个元素了,这个元素相当于就在第一个位置那样?

同样,当你希望初始化时不需要有数据(相当于联想到数组),当0时有一个数字,这时,你给-1,是不是相当于没有数据了?

有人有问了,当你给-1的话,不会变成野指针了吗?

其实这个问题不用担心,因为这里给-1的时候就要判断了。这里0去访问是合法的,但是刚初始化没有push的内容,就会有问题了,所以如果使用0的话,还需要做出处理。

总的来说,使用0还是-1都是没有强制性要求你,都是可以的,看个人喜好了。

这里使用的0的形式。

销毁部分:

void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

这里销毁的时候,使用-1和0,ps->top就会有一点的区别了。

插入部分

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,
			sizeof(STDataType) * ps->capacity*2);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}

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

解释:

在插入之前,我们先进行判断它是否已经满了,满了的话就扩容,反之不用。

插入的话,也比较简单,由于它只能在栈顶插入嘛。因为这里使用的0的形式

所以就直接找到栈顶的位置,插进去就可以了。

ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;

删除部分

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	ps->top--;
}

也由于只能栈顶先删,所以就减减top就可以了。

得出栈的大小部分

int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

因为使用的是数组栈,我们又知道,数组是连续的,所以直接返回top所在的位置,就可以得出大小了。

判断空部分

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

因为使用的是0,即栈的下一个,当它栈顶的位置是0的时候,就代表它没有数据了,也就是空。

此时返回就好了。

另外,我们上面的删是不是也得判断一下是否空的情况对不对?如果它已经空了,那么还删的话,有什么意义?对吧?

所以可以看到上面的删除部分,我们使用了断言它不为空。

找尾部分

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	return ps->a[ps->top - 1];
}

这是说,如果你要找尾的话,数组嘛,所以直接找下标就可以了。

好了,功能已经介绍完了。

现在来附上完整代码:

Stack部分

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (StDatatype*)malloc(sizeof(StDatatype) * 4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

void Destory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

void STPush(ST* ps,StDatatype x)
{
	if (ps->top== ps->capacity)
	{
		StDatatype* temp =(StDatatype*) realloc(ps->a, sizeof(StDatatype) * ps->capacity * 2);
		if (temp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return 0;
		}
		ps->a = temp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}
int size(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
StDatatype STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top-1];
}

Stack.h部分

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
//
//typedef struct Stack
//{
//	int a[20];
//	int top;
//};

typedef char StDatatype;
typedef struct Stack
{
	StDatatype* a ;
	int top;
	int capacity;

}ST;

//ʼ
void STInit(ST* ps);
void Destory(ST* ps);
void STPush(ST* ps,StDatatype x);
void STPop(ST* ps);
int size(ST* ps);
bool STEmpty(ST* ps);
StDatatype STTop(ST* ps);
bool isValid(char* s);

测试部分:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"
int main()
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st,'(');
	STPush(&st, ']');
	bool ret = isValid(&s);
	
	if (ret == "false")
	{
		printf("no");
	}
	else
	{
		printf("yes");
	}
	

	Destory(&st);
	return 0;
}

好了,到了每次鸡汤部分:

你每一步都会算数的!

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