栈的实现（C语言详解版）_c语言栈的实现代码-优快云博客

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栈的实现

栈的概念

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。

栈是一个一种后进先出的一种数据结构。在这里插入图片描述

栈底层结构的选择

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。在数组和链表插入删除时间复杂度同为O（1）的情况下，链表的每一个节点都会额外需要一个next指针，在空间上数组更优。

//定义栈的结构
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* arr;
    int top;//记录栈有多少元素
    int capacity;//记录数组容量大小
}ST;

栈的实现


//栈的初始化
void STInit(ST* ps);

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

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

//出栈
void STPop(ST* ps);

//取出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

//获取栈中的有效元素个数
int STSize(ST* ps);

//销毁栈
void STDestroy(ST*ps);

栈的初始化

//栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
    assert(ps);//判断ps是否为空
    ps->arr=NULL;
    ps->top=ps->capacity=0;
}

将指向数组指针定义为NULL，将数组容量和元素个数定义为0。

入栈

//入栈
void STPush(ST* ps,STDataType x)
{
    assert(ps);
    //检测是否要扩容
    if (ps->top==ps->capacity)
    {
        int newcapacity=ps->capacity==0?4:2*ps->capacity;
        STDataType* tmp=(STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType)*newcapacity);
        if (tmp==NULL)
        {
            perror("realloc fail!");
            exit(1);
        }
        ps->arr=tmp;
        ps->capacity=newcapacity;
    }
    ps->arr[ps->top++]=x;
}

由于入栈操作只有一个，所以扩容操作没有必要单独封装函数。
根据统计将数组扩容为原来两倍能最大限度避免多次扩容和减少空间的浪费。
当capacity为0时候变为4，其他情况则扩容为两倍。
由于realloc的特殊性在堆区申请空间的时候：

空间充沛，在原空间之后空间继续申请，返回头地址
空间不充沛，在堆区找一块充足的空间，将原空间的数据拷贝到新空间，释放原空间，返回新空间地址。
申请失败，返回NULL。

所以我们要定义一个临时指针和零时capacity，判断是否扩容成功，在将其赋给原指针和capacity。

判断栈是否为空

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
    assert(ps);//判断ps是否为空
    return ps->top==0;
}

若top（元素个数）为0，则返回true，反之返回false。

出栈

//出栈
void STPop(ST* ps)
{
    assert(!STEmpty(ps));//判断栈不为空
    ps->top--;
}

**top- -**表示元素个数减1，不需要真实的删除。
原因：

ps->arr[ps->top++]=x；插入元素的时候，例如此时top为3，top- - 后top为2，此时数组在位置0 1上有两个元素，在 2号位置上插入第三个元素后再**top++**后为3，发现并不影响入栈操作。
同时也不会影响取出栈顶元素和判断栈是否为空以及返回栈元素个数的操作，因为这些操作直接与top的值有关。

取出栈顶元素

//取出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
    assert(!STEmpty(ps));//保证栈不为空
    return ps->arr[ps->top-1];
}

因为top为元素个数，而数组的起始位置是0，即第top的元素在top-1的位置上。

获取栈有效元素的个数

文件：stack.h
//获取栈中的有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
    assert(ps);//保证ps不为空
    return ps->top;
}

top即是栈的元素个数，直接返回就行。

栈的销毁

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

只要 arr 不为空释放 arr的空间并置空，同时将capacity和top 置为0。

所有代码和实现效果

文件：stack.h
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
//定义栈的结构
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* arr;
    int top;
    int capacity;
}ST;

//栈的初始化
void STInit(ST* ps);

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

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

//出栈
void STPop(ST* ps);

//取出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

//获取栈中的有效元素个数
int STSize(ST* ps);

//销毁栈
void STDestroy(ST*ps);

文件：stack.c
#include "stack.h"

//栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
    assert(ps);
    ps->arr=NULL;
    ps->top=ps->capacity=0;
}


//入栈
void STPush(ST* ps,STDataType x)
{
    assert(ps);
    //检测是否要扩容
    if (ps->top==ps->capacity)
    {
        int newcapacity=ps->capacity==0?4:2*ps->capacity;
        STDataType* tmp=(STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType)*newcapacity);
        if (tmp==NULL)
        {
            perror("realloc fail!");
            exit(1);
        }
        ps->arr=tmp;
        ps->capacity=newcapacity;
    }
    ps->arr[ps->top++]=x;
}


//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->top==0;
}

//出栈
void STPop(ST* ps)
{
    assert(!STEmpty(ps));
    ps->top--;
}

//取出栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
    assert(!STEmpty(ps));
    return ps->arr[ps->top-1];
}

//获取栈中的有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->top;
}

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

测试文件
#include "stack.h"
int main()
{
    ST st;
    //初始化
    STInit(&st);
    //插入数据
    STPush(&st, 1);
    STPush(&st, 2);
    STPush(&st, 3);
    STPush(&st, 4);
    STPush(&st, 5);
    STPush(&st, 7);
    STPush(&st, 8);
    //查个数
    printf("size:%d\n",STSize(&st));
    //遍历+删除
    while (!STEmpty(&st))
    {
        STDataType top=STTop(&st);
        printf("%d  ",top);
        STPop(&st);
    }
    printf("\n");
    //查个数
    printf("size:%d\n",STSize(&st));
    //销毁
    STDestroy(&st);
    return 0;
}