【数据结构】线性表之《栈》超详细实现

一.栈的概念与结构

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。

二.顺序栈与链栈

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。那是为什么？且听下文分解。

1.顺序栈

2.链栈

1.单链表栈

将栈顶与栈低换个位置可以解决该问题，如下图：

2.双链表栈

1. 由于双向链表比单链表多一个指针，基于节省内存的原由单链表优于双向链表。
2. 数组的效率更优于单链表，原因：链表每一次插入一个数据都要申请一个节点，每次删除一个数据都要释放一个节点，且顺序栈包含数据+容量+栈顶，而链栈包含数据+指针，每个数据都要包含指针，顺序栈较于连栈会省一些内存。

接下来我将实现最优的——>顺序栈

三.顺序栈的实现

会写顺序表，那么实现顺序栈会非常轻松，这里就不一一介绍了，直接上代码。

1.创建顺序栈

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* arr; //栈空间的首地址
	int top;         //栈顶
	int capacity;    //容量
}ST;

ST st;//st代表顺序栈
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

2.栈的初始化

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);//断言

	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

3.检查栈的容量

void CheckCapacity(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//栈满
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)//空间开辟失败
		{
			perror("realloc fail!");
			exit(-1);//退出程序
		}
		//空间开辟成功
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

4.入栈

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);

	CheckCapacity(ps);
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

5.出栈

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//栈空，无法出栈，否则下标越界

	ps->top--;
}
1
2
3
4
5
6
7

6.获取栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);

	return ps->arr[ps->top - 1];
}
1
2
3
4
5
6
7

7.栈的大小

int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}
1
2
3
4
5
6

8.栈的判空

bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
1
2
3
4
5

9.栈的清空

void StackClear(ST* ps)
{
	assert(ps);

	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
1
2
3
4
5
6
7

10.栈的销毁

void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);

	StackClear(ps);
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

四.栈的盲区

由于栈的特殊结构，只能遵循后进先出的原则，不允许随便遍历栈，否则就失去了栈的特点，只能用以下的代码得到数据：

while (!StackEmpty(&st))
{
	printf("%d ", StackTop(&st));
	StackPop(&st);
}
1
2
3
4
5

五.模块化源代码

1.Stack.h

//#pragma once 防止头文件被重复包含
#ifndef __STACK_H__
#define __STACK_H__

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* arr; //栈空间的首地址
	int top;         //栈顶
	int capacity;    //容量
}ST;

void StackInit(ST* ps);//栈的初始化

void CheckCapacity(ST* ps);//检查栈的容量

void StackPush(ST* ps, STDataType x);//入栈

void StackPop(ST* ps);//出栈

STDataType StackTop(ST* ps);//获取栈顶元素

int StackSize(ST* ps);//获取栈的长度

bool StackEmpty(ST* ps);//栈的判空

void StackClear(ST* ps);//栈的清空

void StackDestory(ST* ps);//栈的销毁

#endif
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

2.Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Stack.h"

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);//断言

	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

void CheckCapacity(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//栈满
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)//空间开辟失败
		{
			perror("realloc fail!");
			exit(-1);//退出程序
		}
		//空间开辟成功
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
}

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);

	CheckCapacity(ps);
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//栈空，无法出栈，否则下标越界

	ps->top--;
}

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);

	return ps->arr[ps->top - 1];
}

int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

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

void StackClear(ST* ps)
{
	assert(ps);

	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);

	StackClear(ps);
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86

3.test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Stack.h"

enum
{
	EXIT,
	PUSH,
	POP,
	TOP,
	SIZE,
	EMPTY,
	CLEAR
};

void Menu()
{
	printf("***************栈**************\n");
	printf("****1.入栈           2.出栈****\n");
	printf("****3.栈顶           4.大小****\n");
	printf("****5.判空           6.清空****\n");
	printf("****0.退出               ******\n");
	printf("*******************************\n");
}

int main()
{
	ST st;
	StackInit(&st);
	int select = 0;
	STDataType value;
	bool flag;
	do
	{
		Menu();
		printf("请选择您的操作：");
		scanf("%d", &select);
		switch (select)
		{
		case EXIT:
			printf("退出栈!\n");
			break;
		case PUSH:
			printf("请输入您要入栈的值：");
			scanf("%d", &value);
			StackPush(&st, value);
			break;
		case POP:
			StackPop(&st);
			break;
		case TOP:
			value = StackTop(&st);
			printf("栈顶元素：%d\n", value);
			break;
		case SIZE:
			printf("栈的大小为：%d\n", StackSize(&st));
			break;
		case EMPTY:
			flag = StackEmpty(&st);
			if (flag)
			{
				printf("栈为空!\n");
			}
			else
			{
				printf("栈不为空!\n");
			}
			break;
		case CLEAR:
			StackClear(&st);
			break;
		default:
			printf("输入错误，请重新输入！\n");
			break;
		}
	} while (select);
	StackDestory(&st);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79

创作不易，如果能帮到你的话能赏个三连吗？感谢啦！！！