数据结构之栈详解

1. 栈的概念以及结构

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/插栈/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。

2.栈的功能以及实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表来实现，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

这里定长的静态栈的结构，实现中一般不实用

//静态栈
typedef int STDataType;
 
#define N 10
typedef struct Stack
{
    STDataType a[N];
    int top;
}Stack; 

所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈

//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;
 

栈所需要实现的一些功能

//栈初始化
void STInit(ST* ps);
//清空栈
void STDestroy(ST* ps);
 
//插入栈
void STPush(ST* ps);
//删除栈元素
void STPop(ST* ps);
//查看栈的大小
int STSize(ST* ps);
//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps);
//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

->1. 栈初始化

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
 
	ps->a = (ST*)malloc(sizeof(ST) * CAPACITY__SIZE);
	if (NULL == ps->a)
	{
		perror("STInit::malloc");
		return;
	}
 
	//压栈元素的下一个位置
	ps->top = 0;
	ps->capacity = CAPACITY__SIZE;
}

->2. 清空栈

//清空栈
void STDestroy(ST* ps)
{
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

->3. 插入栈

//插入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
 
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		ST* Expand = (ST*)realloc(ps->a,sizeof(ST) * ps->capacity * CAPACITY__SIZE);
		if (NULL == Expand)
		{
			perror("STPop::malloc");
			exit(-1);
		}
 
		ps->a = Expand;
		ps->capacity *= CAPACITY__SIZE;
	}
 
	ps->a[ps->top++] = x;
}

->4. 删除栈元素

//删除栈元素
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty);
 
	ps->top--;
}

->5. 查看栈的大小

//查看栈的大小
int STSize(ST* ps)
{
	return ps->top;
}

->6. 查看栈中有没有元素

//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps)
{
	return  ps->top == 0;
}

->7.输出栈顶元素

//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty);
 
	return ps->a[ps->top - 1];
}

整合以上我们来实现栈，下面是实现栈的完整代码

Stack.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
 
//动态栈
#define CAPACITY__SIZE 4
typedef int STDataType;
 
typedef struct Stack
{
	int* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
 
//栈初始化
void STInit(ST* ps);
//清空栈
void STDestroy(ST* ps);
 
//插入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除栈元素
void STPop(ST* ps);
//查看栈的大小
int STSize(ST* ps);
//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps);
//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

Stack.c

#include "Stack.h"
 
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * CAPACITY__SIZE);
	if (NULL == ps->a)
	{
		perror("STInit::malloc");
		return;
	}
 
	//压栈元素的下一个位置
	ps->top = 0;
	ps->capacity = CAPACITY__SIZE;
}
 
//清空栈
void STDestroy(ST* ps)
{
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
 
//插入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
 
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* Expand = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * ps->capacity * CAPACITY__SIZE);
		if (NULL == Expand)
		{
			perror("STPop::malloc");
			exit(-1);
		}
 
		ps->a = Expand;
		ps->capacity *= CAPACITY__SIZE;
	}
 
	ps->a[ps->top++] = x;
}
 
//删除栈元素
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
 
	ps->top--;
}
//查看栈的大小
int STSize(ST* ps)
{
	return ps->top;
}
 
//查看栈中有没有元素
bool STEmpty(ST* ps)
{
	return  ps->top == 0;
}
 
//输出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
 
	return ps->a[ps->top - 1];
}

test.c

#include "Stack.h"
 
int main()
{
	ST Stack;
	STInit(&Stack);
	STPush(&Stack, 1);
	STPush(&Stack, 2);
	STPush(&Stack, 3);
	STPush(&Stack, 4);
	STPush(&Stack, 5);
	/*while (!STEmpty(&Stack))
	{
		printf("%d->", Stack.a[--Stack.top]);
	}
	printf("NULL\n");*/
	while (!STEmpty(&Stack))
	{
		printf("%d ", STTop(&Stack));
		STPop(&Stack);
	}
	printf("\n");
	STDestroy(&Stack);
 
	return 0;
}

测试结果：