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数据结构-栈

news 来源：原创 2025/5/16 4:34:13

大家好，今天带来的是关于数据结构初阶中的栈和队列的内容，一起来看看吧！！！

1.栈的概念

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。
入栈：栈的插入叫做入栈/压栈/进栈，入数据在栈顶。
出栈：栈的删除叫做出栈，出数据也在栈顶。

类比：只有一端开口的羽毛球桶
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2.栈的实现

栈的实现一般可以用数组或链表实现，相较而言，数组的结构实现更优一点，因为数组在尾上插入数据的代价比较小。因此，以下用数组实现栈。

2.1初始化和销毁

初始化的一个难题就是top的赋值问题，以及对应的哪种情况。
分两种情况，采用假设法+画图，很快就能理解！

1.top=-1,假设入栈一个数据1后，top++，此刻top=0，栈顶数据为1，在数组中a[0]表示数组首元素，即top指向栈顶数据。
2.top=0,假设入栈一个数据1后，top++,此刻top=1,栈顶数据为a[0], a[1]表示数组第二个数据，即top指向栈顶数据的下一个数据。
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考虑到我想用top代表有效数据个数，因此我这里用的是方法2，令ps->top=0,top指向的是栈顶数据的下一个数据，也同时代表了栈内数据个数。

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2.2入栈

之前我们学习了有关顺序表的知识，这里的代码理解起来就很容易了。
插入数据之前，要判断当前内存是否足够，若不够，要扩容。
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2.3出栈

出栈就是删除元素，因为栈内数据只能从栈顶入，栈顶出。所以，出栈一次，只用删除一次栈顶数据即可。
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2.4获取栈顶元素

之前初始化根据我的赋值是：top=0;因此top指向的是栈顶元素的下一个数据。那么要获取栈顶元素，就是获取top的前一个元素，也就是ps->a[top-1].
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2.5获取栈有效元素个数

之前根据初始化赋值我的设置，令top=0,因此top也恰好代表了栈中的有效数据个数。
故直接返回ps->top即可。
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2.6判空

当栈为空时，表示栈中没有任何元素。当栈非空时，表示栈中至少有一个元素。
因此只需要判断栈中有效数据个数是否不为0即可。
这里1 0 我们想到了用bool函数来表示。

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3.总结

写到这里，我们就实现了一个栈，有了前面顺序表的基础，是不是感觉代码写起来还是比较简单的。这里给出总代码。

3.1 test.c

//test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
#include"Stack.h"int main()
{ST ps;STInit(&ps);STPush(&ps, 1);STPush(&ps, 2);STPush(&ps, 3);STPush(&ps, 4);//printf("%d\n",STTop(&ps));//访问栈中所有元素while (!STEmpty(&ps)){printf("%d ", STTop(&ps));STPop(&ps);}STDestroy(&ps);return 0;
}

3.2 Stack.c

//Stack.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"//初始化 
void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;//top指向栈顶的下一个数据，可画图理解//ps->top=-1;//top指向栈顶数据，画图理解
}//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);//插入之前判断内存够不够if (ps->top == ps->capacity){//扩容int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp =(STDataType*) realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}//插入数据ps->a[ps->top]=x;//根据初始化阶段，我这里的top指向的是栈顶数据的下一个数据，因此直接插入数据即可ps->top++;
}//出栈
void STPop(ST* ps)
{assert(ps);ps->top--;
}//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}//获取栈中有效数据个数
int STSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top - 1;
}//判空
bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;//等价于/*if(ps->top==0){return true;}else{return false;}*/
}

3.3 Stack.h

//Stack.h
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>//定义一个动态的栈
typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;//栈顶int capacity;//容量
}ST;//初始化
void STInit(ST* ps);//传的参数是结构体指针,指向栈
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);//传的参数是结构体指针和数据
//出栈
void STPop(ST* ps);//传的参数是结构体指针和数据
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);//栈中元素的类型是STDataType,所以函数返回值的数据类型是STDataType
//获取栈中有效数据个数
int STSize(ST* ps);
//判空
bool STEmpty(ST* ps);