【数据结构初阶（4）】栈的基本操作实现

Ⅰ 概念及结构

1. 栈的概念

• 栈：栈是一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。
• 栈顶和栈底：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的原则
• 空栈：不含任何元素的栈

2. 栈的操作

• 入栈：在栈顶插入数据称为入栈 (压栈 / 进栈)，入数据在栈顶。
• 出栈：在栈顶删除数据称为出栈 (弹栈)，出数据在栈顶。

Ⅱ 基本操作实现

1. 栈的定义

• 栈一般用数组或链表来实现，使用数组栈在入栈上会更轻松，因此本文使用的为数组栈 (顺序栈)。

代码实现

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;

typedef struct stack
{
	STDataType* data;	//栈空间
	int top;			//栈顶
	int capacity;		//容量 
}stack;

2. 初始化栈

实现方法

先将栈空间置空，栈顶置为 -1，栈空间容量置为 0。

• 栈顶置为 -1，表示指向当前元素。因为本文使用的为数组栈，栈顶实际上是最后一个元素的下标，如果栈顶初始化为 0 的话，就没法很好的表示栈内是没有元素还是只有一个元素。

代码实现

// 初始化栈 
void StackInit(stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->data = NULL;	//栈空间置空
	ps->top = -1;		//栈顶
	ps->capacity = 0;	
}

3. 元素入栈

• 栈顶指针 top 指向的是当前的元素，在插入新元素时需要先将栈顶指针 + 1，指向栈顶之上。

代码实现

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

	if (ps->top + 1 == ps->capacity)	//检查栈空间是否需要扩容
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;

		STDataType* tmp = 
		(STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * newcapacity);

		if (NULL == tmp)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}

		ps->data = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}

	ps->top++;					//栈顶指针指向栈顶之上
	ps->data[ps->top] = data;	//元素入栈
}

4. 元素出栈

• 若栈不为空，则直接将栈顶指针 - 1 即可，只有在栈顶指针维护下的元素才是有效数据。

// 出栈 
void StackPop(stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > -1);	//栈不为空

	ps->top--;				//栈顶指针 - 1
}

5. 获取栈顶元素

• 若栈不为空，则直接返回栈顶指针指向的那块空间的数据即可。

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > -1);		//栈不为空

	return ps->data[ps->top];	//返回栈顶元素
}

6. 获取栈中有效元素个数

• 因为栈顶指针实际表示的是数组下标，所以栈中有效数据的个数为 top+1。

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

	return ps->top + 1;
}

7. 判断栈空

• 在初始化栈时将栈顶指针初始化为 -1表示栈空，可以直接用 -1 是否等于 top 来判断是否栈空。

// 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 -1 == ps->top;	
}

8. 销毁栈

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

	free(ps->data);				//释放栈空间
	ps->data = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}