C语言深入探究栈的原理

素材狗 2023-01-01 22:00:01 文章分类：C/C++开发点击数：3次

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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

栈

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。

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。如下图：

下面用顺序表（数组）来实现栈；

建立一个顺序表结构：

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top; //表示栈顶
int capacity;//表示容量，当容量满时，扩容；
}ST;

创建一个结构体变量：ST st；在传数据之前要先初始化；不然当你没赋值就直接访问时会出现乱码或者报警告；


//初始化
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);//断言，保证传进来的非空；
	ps->a = NULL;//先将顺序表指针指向空；
	ps->top = 0;//栈顶位置表示0位置；
	ps->capacity = 0;//容量为0；
}

接下来就是向栈内传数据（压栈），要传结构体地址和要传的数据；


//压栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
    //判断：数据从下标0开始，因为pot表示该插入的栈顶的位置，也是压栈的个数
    //一次插入一个数据，所以数据数量与总容量相同时，就需要扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//扩容，扩二倍
        //使用三目运算符判断，当是第一次扩容时，用二倍没变化，所以固定开辟4个空间；
		int retcapa = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* ret = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType)*retcapa);
		if (ret != NULL)
		{
			ps->a = ret;
			ps->capacity = retcapa;
		}
		else
		{
			printf("realloc开辟失败，退出！");
			exit(-1);
		}
	}
    //扩容完，更新数据；
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

有压栈就有出栈；出栈用两个接口。1.返回栈顶数据 2.出栈

因为有时候只需要访问栈顶数据不需要出栈，如果想出栈又想返回数据，就先调用1，再调用2；


//返回栈顶元素；
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
 
    //直接断言要求栈中必须要有数据；
	assert(ps->top > 0);
 
	return ps->a[ps->top - 1];
}
 
//出栈，顺序表直接把下标减一即可
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

有时候还需要返回栈中元素


//返回栈中元素个数；
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

在一些复杂结构中要直接调用查看栈中是否有数据，判断栈是否为空；


//判断栈中元素是否为空，返回布尔类型
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;//注意这里是没有数据是返回true;
}

用动态开辟的空间就必须手动释放


//释放；顺序表释放头指针即可
void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

看一下如何调用的：


int main()
{
	ST st;
	StackInit(&st);
 
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	StackPush(&st, 7);
	
    printf("%d\n",StackTop(&st));
	
    StackPop(&st);
	StackPush(&st, 8);
	
	printf("%d\n",StackTop(&st));
    StackPop(&st);
 
	StackDestroy(&st);
	return 0;
}