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栈

1. 基本概念

栈(Stack)：一种特殊的线性表，其只限定于在表尾进行插入或者删除操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶(top)，另一端称为称为栈底。栈的特点就是先进后出。

2. 栈的实现

和线性表类似，栈也有两种存储表示的方法。可以用数组实现，也可以用链表实现。但相对而言使用数组更合适一些，因为数组在末尾插入元素的代价会比较小一些。

一个栈的定义

#define STACK_SIZE 4 //初始容量
typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* base;//数组
	STDataType* top;//栈顶指针
	int stackSize;//容量
}Stack;

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
// 扩容判断
void CheckCapacity(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);

1) 初始化栈

初始化栈给定一个默认容量STACK_SIZE(宏定义)，让top栈顶指针指向数组起始地址

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	STDataType* ptr = (STDataType*)(malloc(sizeof(STDataType) * STACK_SIZE));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("初始化失败!\n");
		exit(-1);
	}
	ps->base = ptr;
	ps->top = ptr;
	ps->stackSize = STACK_SIZE;
}

2) 栈的扩容

因为是数组实现的，所以当栈放满时要考虑扩容操作。进行一个2倍扩容，

// 扩容判断
void CheckCapacity(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (((ps->top) - (ps->base)) == ps->stackSize)
	{
		//二倍扩容
		STDataType* ptr = realloc(ps->base, sizeof(STDataType) * ps->stackSize * 2);
		if (ptr == NULL)
		{
			printf("扩容失败\n");
			exit(-1);
		}
		ps->base = ptr;
		ps->top = (ps->base) + ps->stackSize;
		ps->stackSize = (ps->stackSize) * 2;
		
		printf("扩容成功\n");
	}
}

3) 判断栈是否为空

为空判断非常简单，只需要判断top是否指向数组起始地址

// 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);

	return (ps->base) == (ps->top) ? 1 : 0;
}

4) 入栈

入栈前需要判断是否需要扩容

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	CheckCapacity(ps);

	*(ps->top) = data;
	(ps->top)++;
}

5) 出栈

出栈只需要将top指针往后走一步即可，数据在下次入栈时就会被覆盖掉。

// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
	if (StackEmpty(ps))
	{
		return;
	}
	(ps->top)--;
}

6) 获取栈顶元素

top指向的是栈中有效元素的后一个位置，所以要-1.

// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	//为空不能获取元素
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

	return *((ps->top)-1);
}

7) 获取栈中元素个数

因为数组是一段连续空间，所以需要通过指针减指针就能得到元素个数

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

	return (ps->top) - (ps->base);
}

8) 销毁栈

直接把申请的数组给释放掉，避免内存泄露。

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->base);
	ps->top = NULL;
	ps->stackSize = 0;
}

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