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数据结构：栈和队列（上）

news 2025/9/5 23:42:15

汇总代码见：登录 - Gitee.com

上一篇文章：数据结构：双向链表-CSDN博客

与本文相关的结构体传参：自定义类型：结构体-CSDN博客

1.栈

1.1概念和结构

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（LastInFirstOut）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。

栈底层结构选型：

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。

原因：在入栈和出栈的时间复杂度均为O(1)的前提条件下，数组的内存利用率远高于链表，尤其是在存储小数据类型时。

1.2栈的实现

依旧建立三个文件：

1.2.1定义栈的结构


//定义栈的结构
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {STDataType* arr;int top;//指向当前栈顶元素的索引--正好为栈中有效的数据个数int capacity;//栈的空间大小
}ST;

1.2.2初始化

//初始化
void STInit(ST* ps)
{ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}

调用调试：

1.2.3销毁

//销毁
void STDesTroy(ST* ps)
{if (ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->size = ps->capacity = 0;
}

1.2.4入栈

// ⼊栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);//判断空间是否足够if (ps->top == ps->capacity){//增容int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");exit(1);}ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}//空间足够ps->arr[ps->top++] = x;
}

调用测试：

STPush(&st, 1);
STPush(&st, 2);
STPush(&st, 3);
STPush(&st, 4);
STPush(&st, 5);

1.2.5判空

//栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}

1.2.6出栈

//出栈
void STPop(ST* ps)
{assert(!STEmpty(ps));ps->top--;
}

调用测试：

1.2.7取栈顶元素

top为指向当前栈顶元素的索引，所以需要-1。

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

调用测试：

while (!STEmpty(&st))
{//取栈顶STDataType top = STTop(&st);printf("%d ", top);//出栈STPop(&st);
}
printf("\n");

1.2.8获取栈中有效元素个数

//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}

调用测试：

printf("size:%d\n",STSize(&st));

1.3解释assert(ps)与assert(!STEmpty)

assert(ps)：保证传入的为有效的栈结构体变量。限制参数不能为空。

assert(!STEmpty)：保证栈中的有效个数不能为空。

2.力扣算法题：有效的括号

20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

理解题意：

思路：借助栈，遍历字符串，如果遇到左括号，就将字符串入栈，如果遇到右括号，就取栈顶，将其与右括号相比较，相同则出栈。

编程中遇到的问题：有空字符串或者遇到一开始就是右括号的，需要判断栈是否为空以及对于条件表达式的使用错误。

代码如下：

// 需要借助栈
// 定义栈的结构
typedef char STDataType;
typedef struct Stack {STDataType* arr;int top;      // 指向当前栈顶元素的索引--正好为栈中有效的数据个数int capacity; // 栈的空间大小
} ST;
// 初始化
void STInit(ST* ps) {ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}// 销毁
void STDesTroy(ST* ps) {if (ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}// ⼊栈
void STPush(ST* ps, STDataType x) {assert(ps);// 判断空间是否足够if (ps->top == ps->capacity) {// 增容int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;STDataType* tmp =(STDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL) {perror("realloc fail!");exit(1);}ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}// 空间足够ps->arr[ps->top++] = x;
}// 栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps) {assert(ps);return ps->top == 0;
}// 出栈
void STPop(ST* ps) {assert(!STEmpty(ps));ps->top--;
}// 取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps) {assert(!STEmpty(ps));return ps->arr[ps->top - 1];
}// 获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps) {assert(ps);return ps->top;
}
// 以上为栈结构的定义与常见方法
bool isValid(char* s) {ST st;STInit(&st);char* i = s;while (*i != '\0') {// 左括号入栈if (*i == '(' || *i == '[' || *i == '{') {STPush(&st, *i);} else {// 右括号取栈顶，出栈或返回false// 若第一个为右括号，为空栈if (STEmpty(&st)) {STDesTroy(&st);return false;}char top = STTop(&st);if((top == '[' && *i != ']') || (top == '{' && *i != '}')|| (top == '(' && *i != ')')){STDesTroy(&st);return false;} //匹配-出栈STPop(&st);}i++;}// 栈是否为空//  if(STEmpty(&st))//  {//      STDesTroy(&st);//      return true;//  }// STDesTroy(&st);// return false;bool ret = STEmpty(&st) ? true : false;STDesTroy(&st);return ret;
}

最终通过测试。

本章完。