栈（用C语言实现）

1. 栈

1.1 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。

但栈要怎么实现呢?使用数组还是用链表？

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。

下面用一幅图来给大家解释一下用链表还是数组。

1.2链表实现栈的优缺点：

优点:

1、任意位置插入删除O(1)

2、按需申请释放空间

缺点:

1、不支持下标随机访问

2、CPU高速缓存命中率会更低

1.2.1链表实现栈的缺点：

1.额外内存开销：链表实现的栈需要为每个节点分配内存空间来存储数据和指针。相比于数组实现的栈，链表实现需要额外的内存开销来维护节点之间的指针关系，可能导致内存碎片化。

2.动态内存分配：链表实现的栈需要通过动态内存分配来创建和释放节点。这涉及到频繁的内存分配和释放操作，可能导致内存管理的复杂性和性能开销。在某些情况下，可能会出现内存分配失败或内存泄漏的问题。

3.指针操作开销：链表实现的栈需要通过指针进行节点之间的连接操作。这包括插入和删除节点时的指针修改，可能涉及到多个指针的更新。相比于数组实现的栈，链表实现的栈需要更多的指针操作，可能会带来一定的性能开销。

3.随机访问的限制：链表是一种顺序访问的数据结构，无法像数组一样通过索引进行随机访问。如果需要在栈中进行随机访问元素，链表实现的栈可能不太适合，而数组实现的栈更具优势。

1.3顺序表的优缺点：

优点:

1、尾插尾删效率高。

2、下标的随机访问。

3、CPU高速缓存命中率会更高

缺点:

1、前面部分插入删除数据，效率是O(N)，需要挪动数据。

2、空间不够，需要扩容。a、扩容是需要付出代价的b、一般还会伴随空间浪费。

1.3.1顺序表实现栈的优点：

1.内存连续性：顺序表在内存中是连续存储的，相比于链表的动态内存分配，顺序表的元素在物理上更加紧凑。这样可以减少内存碎片化，提高内存的利用效率。

2.随机访问：顺序表可以通过索引直接访问栈中的元素，具有随机访问的能力。这意味着可以快速访问栈中任意位置的元素，而不需要遍历整个链表。

3.操作简单高效：顺序表的插入和删除操作只涉及元素的移动，不需要额外的指针操作和动态内存分配。这使得操作相对简单高效，并且在某些情况下比链表实现更快。

4.空间效率：相比于链表实现，顺序表不需要额外的指针来维护节点之间的连接关系，因此可以节省一定的空间开销。只需要存储元素本身和栈顶指针即可。

综上所述：选择顺序表较好一点。

栈的实现：

头文件：Stack.h

typedef int STDataType;

typedef struct Stack {

STDataType* a;

int top;

int capacity;

}ST;//定义栈的结构

// 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);

实现栈的文件：Stack.c

#include"Stack.h"
void STInit(ST* ps)
{
   assert(ps);
   ps->arr = NULL;
   ps->capacity = ps->top = 0;
}

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

void STackPush(ST* ps, STDateType x)
{
   assert(ps);
   if (ps->capacity == ps->top)
   {
       int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
       STDateType* tem = (STDateType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(STDateType));
       if (tem == NULL)
       {
           perror("realloc fail!");
           exit(1);
       }
       ps->arr = tem;
       ps->capacity = newCapacity;
   }
   ps->arr[ps->top++] = x;
}

bool StackEmpty(ST* ps)
{
   assert(ps);
   return ps->top == 0;
}

void STackPop(ST* ps)
{

   assert(ps);
   assert(!StackEmpty(ps));
   --ps->top;

}

STDateType STacktop(ST* ps) {
   assert(ps);
   assert(!StackEmpty(ps));
   return ps->arr[ps->top - 1];
}

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

测试文件：text.c

#include"Stack.h"
void STText()
{
   //ST st;
   //STInit(&st);
   //STackPush(&st, 1);
   //STackPush(&st, 2);
   //STackPush(&st, 3);
   //STackPush(&st, 4);
   //STackPush(&st, 5);
   //printf("size==%d\n", STSize(&st));
   STackPop(&st);
   //while (!StackEmpty(&st))
   //{
   //   STDateType date = STacktop(&st);
   //   printf("%d ", date);
   //   STackPop(&st);
   //}
   //printf("\n");
   //printf("size==%d\n", STSize(&st));
   //STDestroy(&st);


}
int main()
{
   STText();

   return 0;
}