数据结构 —— 栈（超详细图解 & 接口函数实现）_图解栈

系列文章目录

数据结构 —— 顺序表
数据结构 —— 单链表
数据结构 —— 双向链表
数据结构 —— 队列
数据结构 —— 栈
数据结构 —— 堆
数据结构 —— 二叉树

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前言

数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。数据结构是一种十分优秀的解决实际问题的模板，是先进思想的结晶。博主将会用代码结合大量图解，对数据结构进行深度剖析，以便大家更好的学习数据结构的思想。

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一、示例问题：弹匣供弹

1.弹匣供弹原理

在最上面的子弹是最后被压入，也是最先被射出的

2.逻辑示意图

先入后出，后入先出

弹匣里的子弹在被压入时的顺序和被射出时的顺序正好相反，最先被压入的子弹在最后一个位置，同时也是最后被射出，而最后被压入的子弹在最上面的位置，也是最先被射出。

3.栈的引入

栈的引入：先入后出，后入先出的数据结构

二、栈的概念

1.定义

栈(stack)：栈是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表

我们通常把插入和删除的一端称为栈顶(top)，相反的另一端称为栈底(bottom)，而不含任何元素的栈则称为空栈。栈又可以称为后进先出(Last In First Out)的线性表，简称LIFO结构。

2.结构

栈的结构类型

//类型
typedef int STDataType;
//栈结构
typedef struct Stack {
    STDataType *array;  // 数组
    int top;            // 栈顶
    int capacity;       // 容量
} Stack;
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3.存储

存储：用动态开辟的一维数组来实现顺序表的存储结构

由于只需要对栈顶元素进行操作，所以可以使用顺序表的物理结构，来实现堆的逻辑结构的操作。

三、栈的接口函数

1.初始化栈

对顺序表的内容进行初始设置

// 初始化栈
void StackInit(Stack *pst) {
    assert(pst);
    pst->array = (STDataType *)malloc(4 * sizeof(STDataType));
    pst->top = 0;
    pst->capacity = 4;
}
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2.空栈判断

判断一个栈是否为空

// 检测栈是否为空，空(true)，非空返回(false)
bool StackEmpty(Stack *pst) {
    assert(pst);
    return pst->top == 0;
}
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3.入栈（压栈）

栈的插入操作

// 入栈
void StackPush(Stack *pst, STDataType data) {
    assert(pst);
    if (pst->top == pst->capacity) {
        STDataType *newSpace = (STDataType *)realloc(pst->array, sizeof(STDataType) * pst->capacity * 2);
        if (newSpace == NULL) {
            perror("realloc fail:");
        }
        pst->array = newSpace;
        pst->capacity *= 2;
    }
    pst->array[pst->top] = data;
    pst->top++;
}
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4.出栈（弹栈）

栈的删除操作

// 出栈
void StackPop(Stack *pst) {
    assert(pst);
    assert(!StackEmpty(pst));
    pst->top--;
}
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5.栈顶元素

获取栈顶部存储的元素

// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack *pst) {
    assert(pst);
    assert(!StackEmpty(pst));
    return pst->array[pst->top - 1];
}
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6.栈的元素个数

// 获取栈中有效元素个数

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack *pst) {
    assert(pst);
    return pst->top;
}
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7.栈的销毁

释放栈申请的空间

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack *pst) {
    assert(pst);
    free(pst->array);
    pst->array = NULL;
    pst->capacity = pst->top = 0;
}
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四、总结

栈是解决实际问题时极其常用的一种数据结构，是非常重要的解决问题的方式。栈的各种接口的复现，有利于更好的学习数据结构的思想，有利于开阔视野，学习前辈的智慧结晶。对我们后续解决实际问题也会有很大帮助。