数据结构第七弹---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。

如何实现栈？
1、数组栈
2、链式栈

数组实现：尾插和尾删效率较高，栈顶在尾部。
单链表实现：头删和头插效率较高，栈顶在头部。
双向链表实现：头删头插尾删效率一样，栈顶在头尾均可。

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。

实现一个栈首先得创建一个工程。(下图为vs 2022)

Stack.h（栈的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）
Stack.c（栈接口函数的实现）
test.c （主函数、测试顺序表各个接口功能）
以下是Stack.h的代码。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
#include
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}Stack;
//初始化
void StackInit(Stack* ps);
//销毁
void StackDestory(Stack* ps);
//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType x);
//出栈
void StackPop(Stack* ps);
//栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);
//计算大小
int StackSize(Stack* ps);
//判断是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps);

2.1、头文件包含和结构定义

以下是实现栈可能用到的头文件。

#include
#include
#include
#include

以下是博主创建的双向循环链表的结构，可以根据自己的喜好创建喔。
建议：创建结构时最好能通俗易懂，最好不用拼音创建。

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//存放数据
	int top;      //数据个数，top-1为栈顶下标
	int capacity; //容量
}Stack;

2.2、初始化

因为创建一个变量实质是给变量开辟一块内存空间，但是这块内存空间可能有遗留的数据，所以在创建变量之后需要进行初始化。

注：先开辟几个空间因人而异(开辟空间之后养成判断的习惯)，也可以先不开辟空间，在入栈的时候开辟空间，根据个人喜好实现。
代码实现

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;
}

2.3、销毁

数组是连续的内存空间，直接释放首地址即可。

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

2.4、入栈

入栈：即在栈顶位置插入数据。

代码实现

void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
	//满了 增容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, 2 * ps->capacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			ps->a = tmp;
			ps->capacity *= 2;
		}
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

此处没有打印函数，所以使用调试进行测试。

测试

2.5、出栈

出栈：即在栈顶位置删除数据
有数据才能出栈，如果有数据则直接top–即可，因为栈的访问使用top来确定的。

代码实现

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//保证有数据，没数据则报错
	ps->top--;
}

栈的实现开辟的是连续的空间，删除的不是真实的删除物理空间，而是不去访问，所以通过top来间接证明，后面实现了获取栈顶元素的函数可以真实打印出来。

测试

2.6、获取栈顶元素

根据栈的结构定义，top-1就是栈顶的下标，返回此数据即可。

代码实现

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

对上述出栈进一步证明

测试

2.7、获取有效数据个数

根据栈的结构定义，top就是栈的大小，返回top即可。

代码实现

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

测试

2.8、判断是否为空

当top等于0时则栈为空，否则不为空。

代码实现

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

测试

3、代码汇总

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include "Stack.h"
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	SQDataType* tmp = (SQDataType*)malloc(sizeof(SQDataType) * 4);
	if (tmp == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	ps->a = tmp;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}
void StackDestory(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}
void StackPush(Stack* ps, SQDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		SQDataType* tmp = (SQDataType*)realloc(ps->a, sizeof(ps->capacity) * 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;

		ps->a[ps->top] = x;
		ps->top++;
	}
	else
	{
		ps->a[ps->top] = x;
		ps->top++;
	}
}
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->top--;
}
SQDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->a[ps->top - 1];
}
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

总结

本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！