栈和队列（8.4）

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 。

后入栈的数据先出来，例如存入1，2，3，出栈的顺序是3，2，1。

1.2 栈的实现

思考一下，栈的实现是用数组还是链表更合适呢？

都可以实现，但相对来说，数组更好一些，数组的尾插尾删效率更高。

typedef int STDataType;
//支持动态增长的栈
typedef struct Stack
{
    STDataType* a;
    int top;//栈顶
    int capacity;//容量
}ST;

1.2.1 栈初始化

存在一个问题，栈顶 top 应该初始化为多少？

如果初始化为 0，入栈一个数据 top ++，意味着 top 是栈顶元素的下一个位置

初始化为 -1， top 则为栈顶元素本身

这两种做法都是可以的。

完整代码：
头文件：

#pragma once
#include
#include
#include
#include
//定义栈

静态栈（一般不用）
//#define N 10
//struct Stack
//{
//	int a[N];
//	int top;
//};

typedef int STDataType;
//支持动态增长的栈
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;//栈顶
	int capacity;//容量
}ST;

// 初始化栈
void STInit(ST* ps);
// 入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
// 出栈
void STPop(ST* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* 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 
bool STEmpty(ST* ps);
// 销毁栈
void STDestroy(ST* ps);

测试文件：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"

void TestStack1()
{
	//初始化结构体
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	//链表不为空
	while (!STEmpty(&st))
	{
		//打印栈顶
		printf("%d ",STTop(&st));
		//打印一个，出栈一个
		STPop(&st);
	}
        printf("\n");

		STDestroy(&st);
}

int main()
{
	TestStack1();

	return 0;
}

实现文件：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"

// 初始化栈
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

// 销毁栈
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//释放
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

// 入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//如果放满，扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//如果容量为空，就先赋值，如果不为空，就将容量翻倍
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		//直接用realloc申请空间，当原本没有空间时，它等同于malloc
		//先用tmp承接开辟的空间，以免开辟失败破坏原空间
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
        
	}
        //放值
		ps->a[ps->top] = x;
		ps->top++;
}

// 出栈
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top为0说明栈空，不能继续删
	assert(ps->top > 0);

	--ps->top;
}

// 获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top是栈顶元素的下一个位置，正好是size
	return 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 
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top为0栈为空
	return ps->top == 0;
}

// 获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top为0说明栈空，没有元素
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

例题：

20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

思路：由于左括号需要以正确的顺序闭合，栈的特性完美适配这一要求：我们创建一个栈（栈的基本操作我们直接cv前面的代码），将左括号入栈，然后取栈顶，与栈外的右括号相匹配，如果刚好完全匹配没有剩余，则为有效，相反，左括号或右括号中任一有剩余则为无效。

typedef char STDataType;
//支持动态增长的栈
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;//栈顶
	int capacity;//容量
}ST;

// 初始化栈
void STInit(ST* ps);
// 入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
// 出栈
void STPop(ST* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* 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 
bool STEmpty(ST* ps);
// 销毁栈
void STDestroy(ST* ps);
// 初始化栈
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

// 销毁栈
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//释放
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

// 入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//如果放满，扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//如果容量为空，就先赋值，如果不为空，就将容量翻倍
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		//直接用realloc申请空间，当原本没有空间时，它等同于malloc
		//先用tmp承接开辟的空间，以免开辟失败破坏原空间
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
        
	}
        //放值
		ps->a[ps->top] = x;
		ps->top++;
}

// 出栈
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top为0说明栈空，不能继续删
	assert(ps->top > 0);

	--ps->top;
}

// 获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top是栈顶元素的下一个位置，正好是size
	return 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 
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top为0栈为空
	return ps->top == 0;
}

// 获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top为0说明栈空，没有元素
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}
bool isValid(char * s){
     ST st;
     char top;
     STInit(&st);
     while(*s)
     {
         //如果为左括号
         if(*s=='{'||*s=='('||*s=='[')
         {
             //入栈
             STPush(&st, *s);
         }
         //如果为右括号
         else
         {
             //栈内为空，说明左右括号数量不匹配
             if(STEmpty(&st))
             {
                 //销毁空间，返回
                 STDestroy(&st);
                 return false;
             }
             //栈内不为空，取栈顶与栈外的右边括号匹配
             top=STTop(&st);
             //取出之后就出栈，以便于后面的元素出栈
             STPop(&st);
             //左右不匹配
             if(*s=='}'&&top!='{'
             ||*s==']'&&top!='['
             ||*s==')'&&top!='(')
             {
                 STDestroy(&st);
                 return false;
             }
         }
         s++;
     }
     //通过遍历说明右括号完全被匹配，栈内的左括号可能有剩余，没有剩余ture,有剩余false
     bool ret=STEmpty(&st);
     return ret;
     STDestroy(&st);
}