【数据结构 01】栈

一、原理

栈通常从数据结构和内存空间两个角度解释，从数据结构的角度，栈是一种线性结构表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素，从内存空间角度，操作系统为函数和变量分配的内存空间通常在栈区，但是无论是从数据结构还是内存空间角度来看，栈都遵从的原则是：后进先出原则。

栈的特性是顺序存储（随机访问）和后进先出（LIFO：Last In First Out）

• 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

栈的缺陷：

1. 栈空间有容量限制，实现动态扩容的栈在每次插入时都需要检查是否需要扩容，降低了效率。
2. 栈空间的扩容策略可能会导致内存空间浪费。
3. 数据只能从栈顶进行增删，不支持随机增删。

二、Stack.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 
#include 

#define CAPACITY 4   // 初始容量为4

typedef int DataType;

typedef struct Stack
{
	DataType* data;
	int size;
	int capacity;
}Stack;

void Init(Stack* s)
{
	s->data = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * CAPACITY);
	s->size = 0;
	s->capacity = CAPACITY;
}

void CheckCapacity(Stack* s)
{
	if (s->size == s->capacity)
	{
		// 栈已满，需要扩容
		s->data = (DataType*)realloc(s->data, sizeof(DataType) * (s->size + 4));
		s->capacity += 4;
	}
}

int Empty(Stack* s)
{
	return s->size == 0;
}

void Push(Stack* s, DataType x)
{
	CheckCapacity(s);
	s->data[s->size] = x;
	++s->size;
}

void Pop(Stack* s)
{
	if (Empty(s))
	{
		printf("栈为空，pop失败\n");
		return;
	}
	--s->size;
}

DataType Head(Stack* s)
{
	if (Empty(s))
	{
		printf("栈为空，无栈顶元素\n");
		return NULL;
	}
	return s->data[s->size - 1];
}

void Destroy(Stack* s)
{
	free(s->data);
	s->data = NULL;
	printf("栈已销毁\n");
}

void Print(Stack* s)
{
	if (Empty(s))
	{
		printf("栈为空！\n");
		return;
	}
	int i = 0;
	for (; i < s->size; ++i)
	{
		printf("%2d ", s->data[i]);
	}
	printf("，栈顶元素为：%2d\n", Head(s));
}

三、test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Stack.h"

int main()
{
	Stack s;
	Init(&s);
	Push(&s, 1);
	Push(&s, 3);
	Push(&s, 5);
	Push(&s, 7);
	Push(&s, 2);
	Push(&s, 4);
	Push(&s, 6);
	Push(&s, 8);
	Print(&s);

	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Print(&s);

	Push(&s, 20);
	Print(&s);

	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Pop(&s);
	Print(&s);

	Destroy(&s);
}