【初阶数据结构篇】栈的实现（赋源码）

文章目录

栈
- 1 代码位置
- 2 概念与结构
- - 1.1概念
  - 1.2结构
- 2 栈的实现
- - 2.1 栈的初始化和销毁
  - - 2.1.1 初始化
    - 2.1.2 销毁
  - 2.2 栈顶插入和删除数据
  - - 2.2.1 栈顶插入数据（压栈）
    - 2.2.2 栈顶删除数据（出栈）
  - 2.3 返回栈顶数据
  - 2.4 返回栈的有效数据个数
  - 2.5 打印栈中数据

栈

1 代码位置

[gitee](Stack/Stack · petrichor/2024-summer-c-language - 码云 - 开源中国 (gitee.com))

2 概念与结构

1.1概念

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。

在这里插入图片描述

1.2结构

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。

数组尾插时间复杂度：O(1) 链表尾插时间复杂度：O(N)

2 栈的实现

因为栈的底层是数组，所以栈的实现方法和动态顺序表大致相同，且因为栈只能在栈顶出和入数据，所以栈还要更简单一些

Stack.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* arr;STDataType capacity;STDataType top;
}ST;//初始化和销毁
void STInit(ST*);
void STDestroy(ST*);//栈顶---入数据,出数据
void StackPush(ST*, STDataType);
void StackPop(ST*);//判空
bool StackEmpty(ST*);//取栈顶元素
STDataType StackTop(ST*);//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST*);

test.c

用来测试我们写的函数(函数的调用)
这一部分就是自己写的时候用的测试用例，随便什么都行

最好是写一个方法测试一次，不然找错误的时候会很痛苦😜

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"
void STTest01()
{ST st;STInit(&st);StackPush(&st, 1);StackPush(&st, 2);StackPush(&st, 3);StackPush(&st, 4);StackPush(&st, 5);//StackPop(&st);//StackPop(&st);//StackPop(&st);//StackPop(&st);//StackPop(&st);// printf("size: %d\n", STSize(&st));while (!StackEmpty(&st)){STDataType data = StackTop(&st);printf("%d ", data);StackPop(&st);}printf("\n");printf("size: %d\n", STSize(&st));}
int main()
{STTest01();return 0;
}

Stack.c

函数方法的实现，重点重点！！！

在每一个方法的第一排都使用assert宏来判断ps是否为空（避免使用时传入空指针，后续解引用都会报错）

2.1 栈的初始化和销毁

2.1.1 初始化

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

2.1.2 销毁

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

注：栈的特性决定了它无法被遍历和随机访问和插入数据，只能在栈顶操作！！！所以打印方法不能和顺序表一样遍历,具体方法会在后面讲到

2.2 栈顶插入和删除数据

2.2.1 栈顶插入数据（压栈）

插入数据的时候一定要判断空间是否足够，不足要增容，一般2倍或3倍增容！！！

养成好习惯，不要用arr直接接收动态开辟空间的地址，否则开辟失败arr变为NULL，连原来的内存块都找不到了，这就造成了内存泄漏！！！

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);//空间是否足够if (ps->top == ps->capacity){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 = 2 * newcapacity;}ps->arr[ps->top++] = x;
}

2.2.2 栈顶删除数据（出栈）

删除数据的时候一定要判断栈是否为空，即top不能为0！！！

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

void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));--ps->top;
}

只要让top–即可，不影响后来的插入(数据会被覆盖)

2.3 返回栈顶数据

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

2.4 返回栈的有效数据个数

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

2.5 打印栈中数据

之前说到栈不能通过遍历来打印，所以只有通过循环取栈顶元素后再让其出栈的方式来依次打印，打印完了栈也为空了！

while (!StackEmpty(&st)){STDataType data = StackTop(&st);printf("%d ", data);StackPop(&st);}printf("\n");

Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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->top = ps->capacity = 0;
}void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){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 = 2 * 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;
}STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));return ps->arr[ps->top-1];
}int STSize(ST* ps)
{return ps->top;
}