[数据结构 -- C语言] 栈(Stack)

女爷i 2023-09-27 23:13 128阅读 0赞

**目录**

1、栈

1.1 栈的概念及结构

2、栈的实现

2.1 接口

3、接口的实现

3.1 初始化

3.2 入栈/压栈

3.3 出栈

3.4 获取栈顶元素

3.5 获取栈中有效元素个数

3.6.1 bool 类型接口

3.6.2 int 类型接口

3.7 销毁栈

4、完整代码

5、功能测试

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## 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**。

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我们以生活中的事物来理解一下栈：**糖葫芦**

串糖葫芦的时候是最后一颗糖葫芦先串进去，但是我们吃的第一个却是最后一颗被串上去的。

![9cb2522231697f461690242a4f681f83.jpeg][]

## 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。 我们本篇文章就是使用数组来实现栈。

###    2.1 接口 ###

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <assert.h>
    // 支持动态增长的栈
    typedef int STDataType;
    typedef struct Stack
    {
    	STDataType* a;
    	int top;		// 栈顶
    	int capacity;  // 容量 
    }Stack;
    // 初始化栈 
    void StackInit(Stack* ps);
    // 入栈 
    void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
    // 出栈 
    void StackPop(Stack* ps);
    // 获取栈顶元素 
    STDataType StackTop(Stack* ps);
    // 获取栈中有效元素个数 
    int StackSize(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 
    int StackEmpty(Stack* ps);
    // 销毁栈 
    void StackDestroy(Stack* ps);

## 3、接口的实现 ##

### 3.1 初始化 ###

我们的栈开始是空的，因此容量与栈顶赋值为 0。

**我们也可以将栈顶赋值为-1，入栈的时候先让栈顶指针++，再将元素入栈，这样栈顶指针正好指向的就是栈顶元素。但是我们这里还是将栈顶指针赋值为 0 了，这样在获取栈中有效元素的时候就不用再操作了，为后面提供了便利。**

void StackInit(Stack* ps)
    {
    	assert(ps);
    
    	ps->a = NULL;
    	//ps->top = -1;//top 指栈顶数据
    	ps->top = 0;//top 指栈顶数据的下一个位置
    	ps->capacity = 0;
    }

### 3.2 入栈/压栈 ###

在入栈前我们要先判断栈是否满了，如果满了我们就给栈先进性扩容。我们这里没有开始先malloc空间，而是**第一次就使用了 realloc，这里有一个技巧，那就是用三目操作符先看容量是否为 0 ，如果是 0 ，那么就意味着是第一次开空间，就给 newcapacity 赋值为 4，不为 0就说明是扩容，那就将新的容量扩容为之前的 2 倍。**

判满后我们就入栈，这里其实就是给数组里面放元素进去，给栈顶位置放一个元素进去后让 ps->top++，往后走一步。

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
    {
    	assert(ps);
    
    	if (ps->capacity == ps->top)
    	{
    		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
    		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
    		if (tmp == NULL)
    		{
    			perror("realloc fail:");
    			return;
    		}
    		ps->a = tmp;
    		ps->capacity = newcapacity;
    	}
    
    	ps->a[ps->top] = data;
    	ps->top++;
    }

### 3.3 出栈 ###

出栈很简单，让 ps->top--就好了，下次入栈的元素就会将之前的元素覆盖掉。

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

### 3.4 获取栈顶元素 ###

获取栈顶元素前需要判空，如果是空的话就不存在栈顶指针。栈顶元素就是下标为 top-1 的元素，所以返回 ps->\[ps->top-1\] 就是栈顶元素。

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

### 3.5 获取栈中有效元素个数 ###

因为下标 top 是栈顶元素的下一个位置，所以返回 top 就是栈中的有效元素个数。

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

#### 3.6.1 bool 类型接口 ####

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

#### 3.6.2 int 类型接口 ####

这里我们约定好为空返回 非0，不为空返回 0。

int StackEmpty(Stack* ps)
    {
    	assert(ps);
    
    	if (0 == ps->top)
    		return 1;
    	else
    		return 0;
    }

### 3.7 销毁栈 ###

释放数组并置空，将容量与栈顶赋值为 0。

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

## 4、完整代码 ##

完整代码在代码仓库，入口：[C语言: C语言学习的代码，多复习 - Gitee.com][C_ C_ - Gitee.com]

## 5、功能测试 ##

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![269e8d78fcd347b39d32a09c206d46a5.png][]

[b95c83146ab4b8a4fec6d61612a3af72.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/b95c83146ab4b8a4fec6d61612a3af72.png
[9cb2522231697f461690242a4f681f83.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/9cb2522231697f461690242a4f681f83.jpeg
[C_ C_ - Gitee.com]: https://gitee.com/xiaobai-is-working-hard-jy/c-language-jy/tree/master/Stack/Stack
[0385f174a6f38759b4e52145b3656778.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0385f174a6f38759b4e52145b3656778.png
[269e8d78fcd347b39d32a09c206d46a5.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/269e8d78fcd347b39d32a09c206d46a5.png