数据结构（栈）

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一、概念与结构

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。
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。一般使用数组作为栈的底层结构对栈的出栈压栈更方便）

二、栈的实现

stack.h

#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;// 初始化栈void STInit(ST * ps);// 销毁栈void STDestroy(ST * ps);// ⼊栈void STPush(ST * ps, STDataType x);//出栈void STPop(ST * ps);//取栈顶元素STDataType STTop(ST * ps);//获取栈中有效元素个数int STSize(ST * ps);//栈是否为空
bool STEmpty(ST * ps);

stack.c

初始化栈

void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;}

销毁栈

void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);if (ps->arr){free(ps->arr);}ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}

入栈

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if(ps->capacity==ps->top)    //空间满了{ 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，直接插入ps->arr[ps->top] = x;ps->top++;
}

出栈

bool STEmpty(ST* ps)     
{assert(ps);return ps->top == 0;    //若栈为空则返回 true
}void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty);   //若栈不为空 ，则返回false，（！false）就为 true--ps->top;             //直接 --top}

取栈顶元素

STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));return ps->arr[ps->top - 1]; //直接返回栈顶位置，数组是由下标表示，这里记得 top-1
}

获取栈中有效元素个数

int STSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}

test.c

#include"stack.h"void STTest()
{ST st;STInit(&st);//STPush(&st, 1);STPush(&st, 2);STPush(&st, 3);STPush(&st, 4);//循环打印出栈数据while (!STEmpty(&st)){STDataType data = STTop(&st);printf("%d", data);STPop(&st);}printf("\n栈中的有效个数：%d\n", STSize(&st));STDestroy(&st);
}int main() {STTest();return 0;
}

往栈顶插入数据：

//循环打印出栈数据，直到栈为空

三、有效括号（算法题）20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

下面利用栈的特点来解决一道算法题

先利用上述栈的实现函数定义一个结构体，并且初始化。

bool isValid(char* s) {ST st;STInit(&st);// 遍历字符串 schar* ps = s;while (*ps != '\0') {// 左括号，入栈if (*ps == '(' || *ps == '[' || *ps == '{') {STPush(&st, *ps);}// 右括号，和栈顶元素比较是否能匹配else {// 栈为空，直接返回false，意思就是 *ps == 右括号 这种情况if (STEmpty(&st)) {return false;}// 当存在左括号，即入栈了，栈不为空才能取栈顶元素// 取栈顶元素char a = STTop(&st);if ((*ps == ')' && a == '(') || (*ps == ']' && a == '[') || (*ps == '}' && a == '{')) {// 出栈STPop(&st);}// 当只存在左括号：else {STDestroy(&st);return false;}}ps++;}// 当ps和a中的符号都能匹配完成，元素全部出栈，栈为空，返回truebool ret = STEmpty(&st);STDestroy(&st);return ret;
}

思路：