栈及其实现

news2025/1/17 21:43:42

目录

一：栈

1.栈的概念和结构

2.栈的实现

 <1>.初始化栈

<2>.入栈

<3>.出栈

<4>:获取栈顶元素 

 <5>.获取栈中有效元素个数

<6>.销毁栈

<7>.示例

二：栈的完整代码

一：栈

1.栈的概念和结构

栈：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。

2.栈的实现

在实现栈的时候，可以通过建立数组和链表中选择：

 在此处我们选择实现数组栈

//定义结构体，以及栈内的数据类型

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* _a; //数组形式
    int _top;        // 栈顶
    int _capacity;  // 容量 
}Stack;

 <1>.初始化栈

void StackInit(Stack* ps);

在初始化栈时，可以令数组为空，也可以为数组开辟一定的空间。

ps->_top = 0; 表示指向栈顶的下一个元素

ps->_pos = -1; 表示指向栈顶元素。

 代码为：

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->_a = NULL;
	ps->_top = 0;//指向栈顶的下一个元素

	//ps->_top = -1;//指向栈顶的元素

	ps->_capacity = 0;
}

<2>.入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType data);

//画图分析得：

 

在数据入栈时会存在空间不够需要扩容的情况，在初始化时，我们的数组为NULL，并没有为其分配空间，需要先给数组一个新的容量（newcapacity),

//条件操作符

//exp1 ? exp2 : exp3

int newcapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;

//上述代码即：若ps->_capacity == 0 , 则给其一个4字节的空间，若不为0，则给其原容量的二倍。

在给数组一个适当的容量后，需要判断所给容是否够用，即需要使用realloc来调整数组的大小

插入的数据类型为 STDataType 

//realloc
//void *realloc( void *memblock, size_t size );
//              要调整的内存地址 调整之后新的大小

STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newcapacity * sizeof(STDataType));
        if (tmp == NULL)
        {
            perror("malloc fail");
            return;
        }
        //开辟成功
        ps->_a = tmp;// 将 tmp 的空间赋给ps->_a
        ps->_capacity = newcapacity;//数组的容量为新的容量

 然后将数据插入到数组中

ps->_a[ps->_top] = data;//将数据插入

//入栈，栈顶会发生变化

ps->_top++;

代码为：

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	//入栈时，会存在空间不够需要扩容
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		//条件操作符
		//exp1 ? exp2 : exp3
		//newcapacity 等于 如果ps->_capacity 为0，则给其一个4字节空间，若不为0，给其原容量的二倍
		int newcapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;
		//realloc
		//void *realloc( void *memblock, size_t size );
		//              要调整的内存地址 调整之后新的大小
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		//开辟成功
		ps->_a = tmp;
		ps->_capacity = newcapacity;
	}
	ps->_a[ps->_top] = data;//将数据插入
	ps->_top++;
}

<3>.出栈

void StackPop(Stack* ps);

//画图 分析得：

 在入栈时，需要考虑栈内是否为空，在出栈时同样需要考虑，若栈内为空，则无法进行出栈操作，可以使用一个函数，来检测栈是否为空。

检测栈是否为空：

int StackEmpty(Stack* ps)；

检测栈为空可以通过判断栈顶元素，在初始化时，我们可以知道ps->_top指向的是栈顶的下一个元素，若 ps->_top == 0 ; 则栈为空，即栈内没有任何元素。 

代码为：

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
int StackEmpty(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    //ps->_top --- 栈顶元素，即若 ps->_top 为0 ，则栈为空
    return ps->_top == 0;
}

检测完栈是否为空后，可以直接对 ps->_top 进行 -- 操作（因为此处采用的数组栈，当不想要最后一个元素时，可以直接 -- 。）

代码为：

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
int StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//ps->_top --- 栈顶元素，即若 ps->_top 为0 ，则栈为空
	return ps->_top == 0;
}

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//若栈内为空，则无法出栈，需要判断栈内是否为空。
	assert(!StackEmpty(ps));
	//断言为真则继续
	ps->_top--;
}

<4>:获取栈顶元素 

获取栈顶元素的前提是，栈内有元素，若次此栈为空栈，则无栈顶元素 --- 即在此处仍需要检测栈是否为空（函数：int StackEmpty(Stack* ps)；）

在初始化时，ps->_top 指向的栈顶的下一个元素，在获取栈顶元素时，可以使用 ps->_top-1.

代码为：

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//栈顶元素存在 --- 栈不为空
	assert(!StackEmpty(ps));
	//ps->_top 指向的是栈顶的下一个元素
	return ps->_a[ps->_top - 1];
}

 <5>.获取栈中有效元素个数

在入栈时，我们进行了 ps->_top++ 操作

在出栈时，我们进行了 ps->_top-- 操作

初始化时，ps->_top 指向的是栈顶下一个元素

即：ps->_top 的值 等价于栈内的有效元素 （capacity 时容量，并非有效个数）

代码为：

// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	//栈内有效元素元素个数 --- 在入栈操作中，每进入一个 ps->_top++ 
	//                         在出栈操作中，每出去一个 ps->_top--; 
	//               所以  --- ps->_top 等价于站内有效元素
	return ps->_top;
}

<6>.销毁栈

我们建立的是数组栈，其空间是由 malloc 开辟来的，需要使用 free 释放，又因为是数组，所以只需要释放数组首元素。

然后将数组置为NULL，容量和栈顶都置为 0 。

代码为：

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->_a);//数组是由 malloc 开辟而来的，需要使用 free 释放
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = 0;
}

<7>.示例

代码为：

#include"stack.h"

void teat()
{
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);

	printf("%d\n", StackTop(&st));

	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);

	while (!StackEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", StackTop(&st));
		StackPop(&st);
	}

	StackDestroy(&st);


}
int main()
{
	teat();
	return 0;
}

运行结果为：

二：栈的完整代码

 Stack.h

#pragma once

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

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* _a; //数组形式
	int _top;		// 栈顶
	int _capacity;  // 容量 
}Stack;
// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps);
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
int StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps);

 Stack.c

#include"stack.h"

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->_a = NULL;
	ps->_top = 0;//指向栈顶的下一个元素

	//ps->_top = -1;//指向栈顶的元素

	ps->_capacity = 0;
}

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	//入栈时，会存在空间不够需要扩容
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		//条件操作符
		//exp1 ? exp2 : exp3
		//newcapacity 等于 如果ps->_capacity 为0，则给其一个4字节空间，若不为0，给其原容量的二倍
		int newcapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;
		//realloc
		//void *realloc( void *memblock, size_t size );
		//              要调整的内存地址 调整之后新的大小
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		//开辟成功
		ps->_a = tmp;
		ps->_capacity = newcapacity;
	}
	ps->_a[ps->_top] = data;//将数据插入
	ps->_top++;
}

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
int StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//ps->_top --- 栈顶元素，即若 ps->_top 为0 ，则栈为空
	return ps->_top == 0;
}

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//若栈内为空，则无法出栈，需要判断栈内是否为空。
	assert(!StackEmpty(ps));
	//断言为真则继续
	ps->_top--;
}

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//栈顶元素存在 --- 栈不为空
	assert(!StackEmpty(ps));
	//ps->_top 指向的是栈顶的下一个元素
	return ps->_a[ps->_top - 1];
}

// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	//栈内有效元素元素个数 --- 在入栈操作中，每进入一个 ps->_top++ 
	//                         在出栈操作中，每出去一个 ps->_top--; 
	//               所以  --- ps->_top 等价于站内有效元素
	return ps->_top;
}


// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->_a);//数组是由 malloc 开辟而来的，需要使用 free 释放
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = 0;
}

 test.c

#include"stack.h"

void teat()
{
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);

	printf("%d\n", StackTop(&st));

	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);

	while (!StackEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", StackTop(&st));
		StackPop(&st);
	}

	StackDestroy(&st);


}
int main()
{
	teat();
	return 0;
}

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