一文了解栈

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文章目录

  • 前言
  • 一、栈是什么?
  • 二、栈的实现思路
    • 1.顺序表实现
    • 2.单链表实现
    • 3.双向链表实现
  • 三、接口函数的实现
    • 1.栈的定义
    • 2.栈的初始化
    • 3.栈的销毁
    • 4.入栈
    • 5.出栈
    • 6.返回栈顶元素
    • 7.判空
    • 8.返回栈中数据个数
  • 四、文件总览
    • 1.头文件
    • 2.功能函数
    • 3.测试文件
  • 总结


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前言

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。在数据结构中,栈是比较简单的一种结构。


一、栈是什么?

堆栈又名栈(stack),它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶,相对地,把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈,它是把新元素放到栈顶元素的上面,使之成为新的栈顶元素;从一个栈删除元素又称作出栈或退栈,它是把栈顶元素删除掉,使其相邻的元素成为新的栈顶元素。
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二、栈的实现思路

1.顺序表实现

代码如下(示例):

typedef struct StackList
{STDataType* a; //指向动态开辟的空间int top; //栈顶所在下标的下一位(也可以指向栈顶)int capacity;//栈容量
}ST;

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2.单链表实现

代码如下(示例):

typedef struct StackNode
{STDataType x;//数据StackNode* next;//指针域,指向下一结点
}ST;
struct Stack
{ST* phead;//指向第一个结点ST* ptail;//指向尾结点
}

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3.双向链表实现

typedef struct StackNode
{STDataType x;//数据StackNode* next;//指向下一结点StackNode* prev;//指向上一结点
}ST;
struct Stack
{ST* phead;//指向第一个结点ST* ptail;//指向尾结点
}

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在这里我们推荐采用顺序表来实现对栈的操作,原因如下:

  1. 栈的特性利用了顺序表尾插尾删效率高的特性,虽然有时需要扩容,但是链表创建结点也同样需要成本,而顺序表扩容频率不像链表一样如此频繁。链表频繁开辟节点也是很耗时的。
  2. 我们知道CPU与主存速度上存在巨大差距,为了提高效率,CPU和主存之间还存在着高速缓存。 CPU访问缓存的速度是快于主存。每次CPU取数据时会访问缓存看看存不存在所需的数据,如果不存在才会访问主存,然后将数据所在的内存块加载到缓存中。由于顺序表空间是连续的,根据缓存的空间局部性原理,采用顺序表命中率会高于链表,所以效率高。

三、接口函数的实现

1.栈的定义

typedef int STDataType;
typedef struct Stack 
{STDataType* a;//动态开辟内存int top;//栈顶的下一位int capacity;栈的容量
}ST;

这里top定义为栈顶下一位是为了下面下表访问方便,也可以定义为指向栈顶的top可以根据个人需要决定。

2.栈的初始化

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

初始化时,空间a先置空指针,capacity和top置零,这是栈没有数据,top指向0,也确实是栈顶的下一位。

3.栈的销毁

void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->capacity = pst->top = 0;
}

先对pst进行assert断言,再对开辟的空间进行释放,将指针置零,capacity和top置零即可。

4.入栈

void STPush(ST* pst, STDataType x)
{assert(pst);if (pst->capacity == pst->top){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;STDataType*tmp=(STDataType*)realloc(pst->a, newcapacity*sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}

入栈需要注意的点是判断是否容量够用,当capacity和top相等时存满,需要扩充。在扩充时需要判断原容量是不是0,这里进行一个三目操作符判断。之后就是realloc扩容,最后将相应的capacity和top修改就行。

5.出栈

void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);pst->top--;
}

出栈时应判断栈是否为空,所以这里除了判断pst的有效性,还要判断top的位置。最后让top向前移一位就进行了出栈。

6.返回栈顶元素

STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);return pst->a[pst->top-1];
}

判断pst有效性和栈是否为空,再将栈顶的元素返回即可。

7.判空

bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}

这里需要返回bool类型,需要加<stdbool.h>头文件。当top为零时栈为空,返回true,否则返回false。

8.返回栈中数据个数

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

这里因为我们的top指向栈顶数据的下一位,所以top即为数据个数。返回即可。

四、文件总览

1.头文件

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>typedef int STDataType;
typedef struct Stack 
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;// 初始化和销毁
void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);// 入栈  出栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);// 取栈顶数据
STDataType STTop(ST* pst);// 判空
bool STEmpty(ST* pst);
// 获取数据个数
int STSize(ST* pst);

2.功能函数

#include"Stack.h"void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->capacity = 0;pst->top = 0;
}void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->capacity = pst->top = 0;
}void STPush(ST* pst, STDataType x)
{assert(pst);if (pst->capacity == pst->top){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;STDataType*tmp=(STDataType*)realloc(pst->a, newcapacity*sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);pst->top--;
}STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);return pst->a[pst->top-1];
}bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}

3.测试文件

int main()
{// 入栈:1 2 3 4// 出栈:4 3 2 1  /  2 4 3 1ST s;STInit(&s);STPush(&s, 1);STPush(&s, 2);printf("%d ", STTop(&s));STPop(&s);STPush(&s, 3);STPush(&s, 4);while (!STEmpty(&s)){printf("%d ", STTop(&s));STPop(&s);}STDestroy(&s);
}

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总结

这就是本期文章的全部内容,期待你的一键三连和评论。

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