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一、栈的概念及结构
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。
栈就像弹夹一样,后压入的子弹先打出去,先压入的子弹后打出去。
下面是栈进出元素的模拟过程:
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,并且CPU缓冲利用率也更高。
下面我们主要使用数组来实现栈。
2.1 定义一个栈结构
在实现栈之前我们先要确定栈的结构:这里我们使用自定义结构体类型Stack来实现我们的栈,其中有可动态扩容的数据类型 _a,一个记录栈内所储存元素总个数(栈顶)的_top,和一个记录栈总可以存储数据元素个数的_capacity。
typedef int STDataType;//数据类型
typedef struct Stack
{
STDataType* _a; //数据
int _top; // 栈顶
int _capacity; // 容量
}Stack;
注:这里的对int类型进行重定义是为了我们更好的看懂STDataType只是一种数据而不仅仅是int类型。所以我们在使用栈时存储的数据并不限制于int类型,这里仅仅是举例。
2.2 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
ps->_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);//给栈开一个可以容纳4个数据单位的空间
if (ps->_a == NULL)//判断开辟是否成功
{
perror("malloc");
exit(-1);
}
ps->_capacity = 4;//初始栈容量为4
ps->_top = 0;//初始栈内元素为0
}
2.3 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
free(ps->_a);//释放栈数据空间
ps->_capacity = 0;//将栈容量改为0
ps->_top = 0;//将栈顶该为0
}
2.4 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
if (ps->_capacity == ps->_top)//判断栈是否已满,满了就扩容
{
STDataType* temp = (STDataType*)realloc(ps->_a, (ps->_capacity + 4) * sizeof(STDataType));
if (temp == NULL)
{
perror("realloc");
exit(-1);
}
ps->_a = temp;
ps->_capacity += 4;
}
ps->_a[ps->_top] = data;//向栈内添加数据
ps->_top++;//栈顶增加1
}
2.5 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
if (ps->_top <= 0)//栈空就不可出栈了
return;
ps->_top--;
}
2.6 获取栈顶元素数据
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
assert(ps->_top > 0);//栈不能为空
return ps->_a[ps->_top - 1];//返回栈顶元素
}
2.7获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
return ps->_top;//此时栈顶元素下标-1就为栈中有效元素个数
}
2.8检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
return ps->_top == 0;//判断栈是否为空
}
2.9 测试
void Test()
{
Stack s;
StackInit(&s);
printf("栈是否为空:%d\n", StackEmpty(&s));
StackPush(&s, 1);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackPush(&s, 2);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackPush(&s, 3);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackPush(&s, 4);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackPop(&s);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackPop(&s);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackPop(&s);
printf("栈内元素个数:%d,栈顶元素数据:%d,栈是否为空:%d\n", StackSize(&s), StackTop(&s), StackEmpty(&s));
StackDestroy(&s);
printf("栈是否为空:%d\n", StackEmpty(&s));
}
效果:
三、栈实现全部代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;//数据类型
typedef struct Stack
{
STDataType* _a; //数据
int _top; // 栈顶
int _capacity; // 容量
}Stack;
// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
ps->_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);//给栈开一个可以容纳4个数据单位的空间
if (ps->_a == NULL)//判断开辟是否成功
{
perror("malloc");
exit(-1);
}
ps->_capacity = 4;//初始栈容量为4
ps->_top = 0;//初始栈内元素为0
}
// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
if (ps->_capacity == ps->_top)//判断栈是否已满,满了就扩容
{
STDataType* temp = (STDataType*)realloc(ps->_a, (ps->_capacity + 4) * sizeof(STDataType));
if (temp == NULL)
{
perror("realloc");
exit(-1);
}
ps->_a = temp;
ps->_capacity += 4;
}
ps->_a[ps->_top] = data;//向栈内添加数据
ps->_top++;//栈顶增加1
}
// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
if (ps->_top <= 0)//栈空就不可出栈了
return;
ps->_top--;
}
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
assert(ps->_top > 0);//栈不能为空
return ps->_a[ps->_top - 1];//返回栈顶元素
}
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
return ps->_top;//此时栈顶元素下标-1就为栈中有效元素个数
}
// 检测栈是否为空,如果为空返回非零结果,如果不为空返回0
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
return ps->_top == 0;//判断栈是否为空
}
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);//传入的指针不能为空
free(ps->_a);//释放栈数据空间
ps->_capacity = 0;//初始栈容量为4
ps->_top = 0;//初始栈内元素为0
}
本期博客就到这啦,下面将会给大家大家带来数据结构的队列实现,敬请期待~