数据结构与算法 - 栈_头歌数据结构与算法-2a-栈-优快云博客

我们来思考一下链表是否可以实现栈:

对于单链表，如果将尾结点当作栈顶，显然是非常不友好的，因为尾删的时候需要解决尾结点前一个结点的链接关系，即需要通过遍历找到尾结点的前一个结点，时间复杂度为O(N)，这种方法排除；
那么如果将单链表的头节点当作栈顶进行出栈入栈，相当于单链表的头删、头插，这种方法是可以的；
当然，利用双向链表也可以解决，并且在双向链表中头节点、尾结点谁作为栈顶均可以；

注：上述讨论的链表带头与不带头均可；

接下来我们再来思考一下栈是否能利用数组来实现；

将下标大的那一端当作栈顶，插入、删除数据不存在数据的挪动而导致效率低下的问题；
而如若将下标为0处的空间当作栈顶，那么插入、删除数据均需要一个一个地挪动数据，效率极低，排除；

综上，实现栈的结构以及栈顶的选择：

1、单链表头节点作为栈顶
2、双向链表头节点与尾结点均可作为栈的栈顶
3、数组下标增涨的那个方向作为栈顶

本文用数组来实现，选择下标增长的那个方向作为栈顶；

能用单链表实现的就尽量不使用双链表，因为在双链表的每个结点中均会多存一个指针(能少用内存就尽量少用内存)；但是由于单链表的CPU高速缓存命中率低，而数组的CPU高速缓存命中率高，用数组来实现栈就存在一个问题，那就是扩容；

用的单链表实现栈与用数组来实现栈其实都差不多，并没有太大的优劣，但倘若非要选一个，推荐用数组，因为数组的CPU高速缓存命中率高；

(二)、Stack.h 的实现

代码如下：

#pragma once


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//栈的类型声明
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

//初始化
void STInit(ST* pst);

//释放
void STDestroy(ST* pst);

//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);

//出栈
void STPop(ST* pst);

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst);

//判空
bool STEmpty(ST* pst);

//获取数据个数
int STSize(ST* pst);

//打印
void STPrint(ST* pst);

(三)、Stack.c 的实现

1、初始化

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

此处的也可以将top 初始化为-1 ，在push 的时候便要先让top++ ,然后再将数据放入；此时的top 便指向尾数据；

而若将top 初始化为0，则代表 top 指向尾数据的下一空间；

2、释放

//释放
void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);
	//释放所有动态开辟的空间
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = pst->capacity = 0;
	//将top 初始化为0代表着top 指向栈顶元素的下一空间
}

3、入栈

//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	//空间是否足够
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;
		STDataType* newnode = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (newnode == NULL)
		{
			perror("STPust realloc");
			exit(-1);
		} 
		pst->a = newnode;
		pst->capacity = newcapacity;
	}

	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;

}

4、出栈

//出栈
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	//删除的数据的前提是有数据可以删除
	assert(pst->top);
	pst->top--;
}

5、获取栈顶元素

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top );
	return pst->a[pst->top - 1];
}

6、判空

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

注：此处认为当栈为空时返回true ,故而可以将 pst->top == 0; 当作一个判断；

7、获取栈中的数据个数

//获取数据个数
int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}

8、打印 - 同时会将栈中的数据全部出栈

//打印
void STPrint(ST* pst)
{
	assert(pst);
	//获取栈顶元素，然后pop
	while (!STEmpty(pst))
	{
		printf("%d ", STTop(pst));
		STPop(pst);
	}
}

注：在数据结构之中，不要因为接口函数功能实现简单，便不写其对应地接口函数而选择直接访问数据手动实现；倘若使用的时候对底层的实现不清楚的话自己手动实现功能(不调用接口函数)就很容易出错；

总结

栈是一种特殊的线性表，只允许在固定的一端(栈顶)进行插入和删除元素的操作。

进行数据的插入与删除的一端称为栈顶，另外一端称为栈底；栈中的元素遵循先进先出(LIFO：Last In First Out)的原则；

压栈：将数据放入栈中的操作称为压栈/入栈，在栈顶进行入栈的操作
出栈：将栈中的数据删除也称为出栈，出数据在栈顶

荐用数组，因为数组的CPU高速缓存命中率高；

数据结构与算法 - 栈

文章目录

前言

一、栈的概念

二、栈的实现

(一)、底层结构选择