【数据结构】栈基本操作的实现（C语言）

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一、栈的概念

栈是一种特殊的线性表，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：栈的插入操作叫做压栈/入栈/进栈，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。
以1、2、3、4为例的入栈操作和出栈操作演示过程如下所示：

二、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。用动态数组实现时唯一的缺陷就是需要扩容；也可以使用单链表实现，单链表的头插头删更方便，所以单链表的头可以当作栈顶，单链表的尾可以当作栈底。本篇文章采用的是动态开辟的数组实现对栈的基本操作。

1.初始化栈

void StackInit(ST* ps)//初始化栈
{
	assert(ps);//避免传过来的地址为空
	STDataType* tmp = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType*)*4);
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	ps->arr = tmp;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

初始化栈时必须要断言，避免穿过来的指针为空，同时也避免了当定义变量为ST* st=NULL; 对其进行初识化StackInit(st)这种情况的发生。top初始化为0，表示指向栈顶元素的下一个位置，也可以表示栈中的元素个数；top初始化为-1，表示指向栈顶元素。

2.压栈

void StackPush(ST* ps, STDataType x)//压栈
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType*) * 2 * ps->capacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = 2 * ps->capacity;
	}
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

压栈时要检查数组是否已满，是否需要对其进行扩容。

3.出栈

void StackPop(ST* ps)//出栈
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0); //可以使用 assert(!StackEmpty);
	ps->top--;
}

对其进行出栈操作时要判断栈是否为空。

4.打印栈中元素

void StackPrint(ST* ps)//打印栈中元素
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < ps->top; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
}

5.判断栈是否为空

bool StackEmpty(ST* ps)//判断是否为空
{
	assert(ps);
	if (ps->top == 0)
		return true;
	return false;
	//也可以直接使用return ps->top == 0;
}

6.返回栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)//返回栈顶元素
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//可以使用 assert(!StackEmpty);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}

初始化时ps->top=0，指向的是栈顶元素的下一个位置，所以返回栈顶元素的时候，要对其进行减操作。

7.统计栈中元素个数

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

初始化时ps->top=0，既表示栈顶元素的下一个位置，也可以表示栈中元素个数。

三、测试代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
	STDataType* arr;
	int top;
	int capacity;
}ST;
void StackInit(ST* ps)//初始化栈
{
	assert(ps);//避免传过来的地址为空
	STDataType* tmp = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType*) * 4);
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	ps->arr = tmp;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}
void StackDestroy(ST* ps)//销毁栈
{
	assert(ps);
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDataType x)//压栈
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType*) * 2 * ps->capacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = 2 * ps->capacity;
	}
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void StackPrint(ST* ps)//打印栈中元素
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < ps->top; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
}
void StackPop(ST* ps)//出栈
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0); //可以使用 assert(!StackEmpty);
	ps->top--;
}
bool StackEmpty(ST* ps)//判断是否为空
{
	assert(ps);
	if (ps->top == 0)
		return true;
	return false;
	//也可以直接使用return ps->top == 0;
}
STDataType StackTop(ST* ps)//返回栈顶元素
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//可以使用 assert(!StackEmpty);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}

int StackSize(ST* ps)//统计栈中元素个数
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
void TestStack()
{
	ST st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	StackPush(&st, 6);
	StackPrint(&st);

	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPrint(&st);

	if (!StackEmpty(&st))
		printf("栈顶元素:%d\n栈中总的元素个数:%d\n", StackTop(&st),StackSize(&st));

	StackDestroy(&st);
}
int main()
{
	TestStack();
	return 0;
}