【数据结构】带你图文结合深入栈和队列，并具体分步实现

曾经终败给现在 2024-03-23 19:56 23阅读 0赞

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> ***Hello,米娜桑们，这里是君兮\_，我们继续来学习初阶数据结构的内容，今天我们要讲的是栈与队列部分的内容，这篇博客先讲栈，队列我们放到下次再讲  
> 好了，废话不多说，开始今天的学习吧！***—

## 一.栈 ##

### 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  
    ![在这里插入图片描述][d1e5aa633c2c48c4a0d82e030b059119.png]
 *  无论是入栈还是出栈，都遵循后进先出原则。

### 2.栈的实现方式 ###

*  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不需要付出很大的代价。  
    ![在这里插入图片描述][00b20340056a452d91c5319677fe549c.png]
 *  **如果使用链表方式实现的话，会出现一个问题，我们的栈实际上是通过尾插实现入栈的，也就是说在入栈时我们每一次都需要通过遍历的方式找尾，或者使用双头循环链表的方式找尾，但是由于数组的连续性和支持随机访问，对比于链表无疑是更加方便的。因此，接下来内容中的栈结构我们就通过数组的方式实现。**

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### 3.栈的分类 ###

*  栈分为静态栈和动态栈

#### 静态栈 ####

// 下面是定长的静态栈的结构，实际中一般不实用
    typedef int STDataType;
    #define N 10
    typedef struct Stack
    {
        
    STDataType a[N];
    int _top; // 栈顶
    int _capacity; // 容量
    }Stack;

#### 动态栈 ####

*  动态栈是通过动态内存开辟的方式实现的，由于支持动态内存的变化，因此在实际应用中动态栈无疑是更好的选择

typedef int STDataType;//方便以后修改栈中存储的数据类型
    typedef struct Stack
    {
        
        STDataType* a;//数组
        int top;//存放栈中有效元素的个数
        int capacity;//栈的容量大小
    }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 
    bool StackEmpty(Stack* ps);
    // 销毁栈
    void StackDestroy(Stack* ps);
    //获取栈底元素
    STDataType StackTail(Stack* ps);

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### 4.动态栈的实现 ###

#### 栈的初始化函数 StackInit ####

*  无论是什么数据结构，我们都得先初始化

// 初始化栈
    void StackInit(Stack* ps)
    {
        
        assert(ps);//断言
        ps->a = NULL;//数组中还没有元素
        //容量和有效元素都为0
        ps->capacity = 0;
        ps->top = 0;
    }

#### 入栈函数 StackPush ####

// 入栈
    void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
    {
        
        assert(ps);
        //判断是否还有空间
        if (ps->capacity == ps->top)
        {
        
            int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;//通过容量判断此时栈中有没有元素，如果没有元素就申请4个字节的空间，如果有容量，但容量不够时就把容量变为之前的2倍
            STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity* sizeof(STDataType));
            if (tmp == NULL)//判读开辟空间是否成功
            {
        
                perror("realloc failed");
                exit(-1);
            }
            ps->a = tmp;//成功了就把这个新的空间给我们的a数组
            ps->capacity = newCapacity;//容量也要做相应的动态变化
        }
        ps->a[ps->top] = data;//往栈中存元素
        ps->top++;//有效元素++
    }

![在这里插入图片描述][3dde083cd5114bcd86b38e7312a806a7.png]

*  这里可能有些人对于动态内存管理的内容不够了解，可以看看我这篇博客：[【C语言进阶】那些你必须掌握的C/C++要点——动态内存管理(1)][C_C_C_1]
 *  这里还有一点要提，这里为什么用realloc开辟空间而不是使用malloc呢？
 *  这里就涉及一些realloc的进阶玩法
 *  **我们知道realloc是用来修改动态开辟的内存大小，但是当我们给它传入的是一个空指针，它的功能与malloc就是相同的。**

#### 出栈的函数 StackPop ####

// 出栈
    void StackPop(Stack* ps)
    {
        
        assert(ps);
        --ps->top;
    }

*  **出栈就非常简单啦，我们直接让top减1就行，由于我们的数组是通过下标的方式访问数组成员的，top只有减少就无法在找到相应的元素啦**  
    ![在这里插入图片描述][d600a4133b0a439fbc2dff125afad611.png]

#### 获取栈顶元素的函数 StackTop ####

// 获取栈顶元素
    STDataType StackTop(Stack* ps)
    {
        
        assert(ps);
        assert(ps->top > 0);
        //有效元素为top，数组的下标得-1
        return ps->a[ps->top-1];
    }

*  **我们栈中的元素是尾插的，因此最后一个元素就是我们的栈顶元素**

#### 获取栈底元素 StackTail ####

*  需要栈底的情况其实并不常见，我们会在某些特别情况下才会用到（比如我们之后会带大家写的oj题）

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

*  **我们的元素是尾插进数组的，因此我们的首元素就是我们的栈底元素。**

#### 获取栈中有效元素的个数的函数 StackSize ####

// 获取栈中有效元素个数
    int StackSize(Stack* ps)
    {
        
        assert(ps);
        return ps->top;
    }

*  **我们在之前无论是入栈还是出栈都变化了我们的有效元素top，因此返回的top就是我们的有效元素个数。**

#### 判断栈是否为空的函数 StackEmpty ####

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

*  **top存着我们的有效元素，因此可以通过判断top是否为0来判断栈是否为空**

#### 销毁栈的函数 ####

// 销毁栈
    void StackDestroy(Stack* ps)
    {
        
        assert(ps);
        free(ps->a);//free掉动态开辟的数组
        ps->a = NULL;//置空
        ps->top = ps->capacity = 0;//把有效元素和容量全部清空
    }

*  **我们的内存是通过动态开辟出来的，因此当我们使用完后就必须把我们的申请的内存给free掉防止内存泄漏。**

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### 5.测试栈 ###

*  我们来试试的效果

void TestStack1()
    {
        
        Stack ST;
        StackInit(&ST);
        StackPush(&ST, 10);
        StackPush(&ST, 20);
        StackPush(&ST, 30);
        while (!StackEmpty(&ST))
        {
        
            printf("%d ", StackTop(&ST));
            StackPop(&ST);
    }
        
        StackDestroy(&ST);
       
    
    }
    int main()
    {
        
        
        TestStack1();
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][730a5047b49d43608254accf1ba561cc.png]

## 总结 ##

*  今天的内容到这里就结束了，如果你能理解之前讲过的顺序表，链表等，栈的内容其实非常的简单，想学好的话，一定要自己动手试试哦！！
 *  好了，如果你有任何疑问欢迎在评论区或者私信我提出，大家下次再见啦！

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