[数据结构 -- C语言] 栈(Stack)

2023-08-08 99

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简介： [数据结构 -- C语言] 栈(Stack)

1、栈

1.1 栈的概念及结构

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。

我们以生活中的事物来理解一下栈：糖葫芦

串糖葫芦的时候是最后一颗糖葫芦先串进去，但是我们吃的第一个却是最后一颗被串上去的。

2、栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的

代价比较小。我们本篇文章就是使用数组来实现栈。

2.1 接口

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
  STDataType* a;
  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);

3、接口的实现

3.1 初始化

我们的栈开始是空的，因此容量与栈顶赋值为 0。
我们也可以将栈顶赋值为-1，入栈的时候先让栈顶指针++，再将元素入栈，这样栈顶指针正好指向的就是栈顶元素。但是我们这里还是将栈顶指针赋值为 0 了，这样在获取栈中有效元素的时候就不用再操作了，为后面提供了便利。

void StackInit(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  ps->a = NULL;
  //ps->top = -1;//top 指栈顶数据
  ps->top = 0;//top 指栈顶数据的下一个位置
  ps->capacity = 0;
}

3.2 入栈/压栈

在入栈前我们要先判断栈是否满了，如果满了我们就给栈先进性扩容。我们这里没有开始先malloc空间，而是第一次就使用了 realloc，这里有一个技巧，那就是用三目操作符先看容量是否为 0 ，如果是 0 ，那么就意味着是第一次开空间，就给 newcapacity 赋值为 4，不为 0就说明是扩容，那就将新的容量扩容为之前的 2 倍。

判满后我们就入栈，这里其实就是给数组里面放元素进去，给栈顶位置放一个元素进去后让 ps->top++，往后走一步。

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
  assert(ps);
  if (ps->capacity == ps->top)
  {
    int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
    STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
    if (tmp == NULL)
    {
      perror("realloc fail:");
      return;
    }
    ps->a = tmp;
    ps->capacity = newcapacity;
  }
  ps->a[ps->top] = data;
  ps->top++;
}

3.3 出栈

出栈很简单，让 ps->top--就好了，下次入栈的元素就会将之前的元素覆盖掉。

void StackPop(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!StackEmpty(ps));
  ps->top--;
}

3.4 获取栈顶元素

获取栈顶元素前需要判空，如果是空的话就不存在栈顶指针。栈顶元素就是下标为 top-1 的元素，所以返回 ps->[ps->top-1] 就是栈顶元素。

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!StackEmpty(ps));
  return ps->a[ps->top-1];
}

3.5 获取栈中有效元素个数

因为下标 top 是栈顶元素的下一个位置，所以返回 top 就是栈中的有效元素个数。

int StackSize(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->top;
}

3.6.1 bool 类型接口

int StackEmpty(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->top == 0;
}

3.6.2 int 类型接口

这里我们约定好为空返回非0，不为空返回 0。

int StackEmpty(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  if (0 == ps->top)
    return 1;
  else
    return 0;
}

3.7 销毁栈

释放数组并置空，将容量与栈顶赋值为 0。

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

4、完整代码

完整代码在代码仓库，入口：C语言: C语言学习的代码，多复习 - Gitee.com