数据结构之栈的实现

文章目录

• 前言
• 1.栈的相关介绍
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• 1.栈的概念
• 2.栈结构实现方式
• 2.具体代码实现栈
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• 1.栈的相关接口
• 2.栈结构的定义声明和栈的初始化
• 3.栈数据的处理
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  • 1.入栈
  • 2.出栈
• 4.栈判空和获取栈中元素个数以及栈销毁
• 3.总结

前言

之前介绍了链表的实现，现在接着介绍另一种线性结构—栈。栈和链表一样，都是很经典的数据结构。通过学习栈，为以后学习其他数据结构打下坚实的基础。

1.栈的相关介绍

1.栈的概念

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。

栈的概念可以联想到桌子上放的书。我们将书一本书放另一本书上，若干本书这样挨个往上放，当我们取书时，是从最上面开始拿，如果想拿最下面的书，就得将这本书上面的书都拿下来，才能拿到最下面的书，这个放书的过程就像入栈，拿书的过程就像出栈。

; 2.栈结构实现方式

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。

我们知道栈入数据和出数据都是从栈顶开始，如果用数组表示栈，那么入数据就相当于尾插，出数据就相当于尾删，这样的操作对数组来说是十分友好的。如果是链表来实现栈找栈顶还需要遍历，双向循环链表不用遍历可以快速找到栈顶，但是这未免有些麻烦了一点，数组用起来简单方便一点。

2.具体代码实现栈

1.栈的相关接口

void StackInit(Stack ps);// 初始化栈
void StackPush(Stack ps, STDataType x);//入栈
void StackPop(Stack ps);//出栈
STDataType StackTop(Stack ps);//获取栈顶元素
int StackSize(Stack ps);// 获取栈中有效元素个数
int StackEmpty(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
void StackDestroy(Stack* ps);//销毁栈

其实栈的实现有点像之前我们实现的顺序表,最大的区别就是栈的数据只能栈顶出或者进。所以栈的数据只能尾插尾删，同时还有个函数专门用来获取栈顶数据。这是根据栈的特性来决定栈中数据存取方式。

2.栈结构的定义声明和栈的初始化

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* data;
    int top;
    int capacity;
}Stack;

刚才说了，栈的实现是和顺序表有点像，因为顺序表一般也是用数组来实现的。我们这里采用动态顺序表的实现方式，实现动态栈。当栈中空间不够时，可申请动态内存空间进行增容。
代码中的top其实有点像实现通讯录时中的sz(表示存储联系人信息的个数），知识都是相通的，灵活应用很重要。

栈的初始化

void StackInit(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    ps->data = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
    ps->top = 0;
    ps->capacity=4;
    return;
}

栈顶初始化，为栈开辟一段空间用来存储数据。因为栈中没有数据top初始化为0，因为只是申请了4个结构体大小的空间，所以就没有就行判断空处理。 这里注意一下，栈的数据是从栈顶开始存放的，数组的下标索引是从0开始的，没有数据时，top就是0，意味着top是指向栈顶元素的下一个位置。在实现代码时注意这一点就好了。

3.栈数据的处理

1.入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
    assert(ps);
    if (ps->top == ps->capacity)
    {
     STDataType* tem =
    (STDataType*)realloc
    (ps->data, ps->capacity*2*sizeof(STDataType));
        if (tem == NULL)
        {
            perror("StackPush:");
            exit(-1);
        }
        ps->data = tem;
        ps->capacity *= 2;
    }

    ps->data[ps->top] = x;
    ps->top++;
    return;
}

入栈就是尾插数据，也就是按顺序插入数据。因为刚才说了top是指向栈顶元素下一个位置，初始化top为0表示的是空栈，但是数组索引从0开始，因此先插入数据，然后top自增，这样做的另一个好处就是top就是栈中元素个数。空间扩容就不多说了，之前博客有介绍。

2.出栈

出栈就相当于尾删，然后top(栈顶）往下降一个单位。但是，出栈肯定是要得到某个数据，就是将栈中的数据弹出来，然后栈顶往下降。因此还需要个函数来获取栈顶的元素。

栈顶元素获取

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

因为top是指向栈顶元素下一个位置的，所以栈顶元素的索引应该是top-1.还有一点当栈为空时，就不能获取元素，所以要断言一下。

出栈

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

出栈就相当于尾删，和顺序表的尾插一样，都很简单。

4.栈判空和获取栈中元素个数以及栈销毁

栈判空非常简单，top为0就是空栈。如果top大于0就不是空栈。

栈判空

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

其实栈判空应该用布尔值来表示比较好，c语言中用布尔值需要用到相应的头文件，这个之前的博客也提到过。

获取栈中元素个数也很简单，刚才说了top的值就是栈中元素个数

栈中数据个数

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

因为数组索引是0开始的，而top又是指向栈顶元素下一个位置的，刚好top就是栈元素个数。

销毁栈还是和销毁动态顺序表一样，用free释放掉申请的动态内存空间即可

销毁栈

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

释放掉空间后，该置空的置空，该置0的置0，实现起来还是比较简单的。

3.总结

• 1.栈的实现相对比较简单，但是在使用栈时要注意，先获取栈顶元素，在进行出栈处理。如果先出栈，就找不到之前的栈顶元素了，如果不需要用到栈顶元素，那就不用关心这点，直接出栈就好了。
• *2.以上内容，如有错误，欢迎指出！谢谢！

Original: https://blog.csdn.net/m0_61894055/article/details/127822552
Author: 宗介@bit
Title: 数据结构之栈的实现