【栈和队列】数组栈详解（C语言版）

是兰兰呀~

已于 2024-05-08 21:01:47 修改

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分类专栏：数据结构基础详解文章标签：数据结构开发语言

于 2023-08-17 11:37:27 首次发布

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引言

（前方超短提示~这篇真没啥可说的……）

先来看看栈是什么。

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。

后进：

先出：

一、定义

本篇我们选择使用数组作为栈，这又回到了之前所讲过的顺序表，不太理解的可以去翻我之前写的博客：【线性表】顺序表详解（C语言版）_是兰兰呀~的博客-优快云博客

在实现栈的过程中，我们使用动态的顺序表，这样方便对其进行扩容。不过与顺序表定义不同的一点是，我们将不再使用size，而是改用top，top代表栈顶元素下标，其余，指针a，空间capacity都不变化。

前面我们说了，top代表栈顶元素下标，这样就面临一个问题：下标指向哪比较合适？

如图，我们该选择top1还是top2作为top呢？这其实就是一个习惯问题。当我们选择top1时，栈内无元素时top等于0，此时top与顺序表的size含义相同，代表栈内元素个数，a[top]为栈顶元素的后一位；当我们选择top2时，a[top]表示栈顶元素，这时要注意，当栈内无元素时top为-1。

一方面为了和顺序表保持一致，另一方面也是个人习惯，我选择top1作为top。

我们将存储的数据类型的指针a，栈顶元素下标top，以及表示当前开辟的空间大小的capicity封装到一个结构体中，如下图所示：

typedef int STDataType;//定义STDataType为int，方便以后修改存储的数据类型

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//动态开辟的空间指针
	int top;//栈顶元素下标
	int capacity;//空间大小
}ST;

二、初始化

在顺序表中，我们在初始化时就顺便开辟了四个大小为SLDataType的空间，但在栈中，我们将开辟空间统一放到插入中去，初始化只做最简单的置空指针以及将top和capacity置0。

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);//ps不为空指针

	ps->a = NULL;//数组指针置空
	ps->top = 0;//栈顶元素下标为0
	ps->capacity = 0;//空间大小为0
}

三、销毁

栈的销毁和顺序表一样，三步走：释放空间、指针置空、变量置零。OK，讲完，上代码~

void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);//ps不为空指针

	free(ps->a);//释放数组

	ps->a = NULL;//置空数组指针
	ps->top = 0;//栈顶元素下标置0
	ps->capacity = 0;//空间大小置0
}

四、插入

栈的插入就是顺序表的尾插，由于栈只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作的特点，它没有诸如头插、中间插入等花里胡哨的东西。同样，也是因为这个，我们不需要跟顺序表一样特意写一个容量判断的函数了，将这部分功能直接放到插入里面也是一样的。

我们先判断栈空栈满，当top == capacity时栈即为满，栈满需扩容。

扩容其实并不难，我们照例让空间变为原来的两倍，但由于我们并没有像之前一样初始化分配4个空间，所以这里存在capacity为0的特殊情况：0*0 = 0,。我们还需有一个对capacity的判断，当它为0时，为它分配4个STDataType大小的空间，不为0时令新空间大小为原先的二倍。

将x值放入新top所在位置，并将top++。

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)//栈满
	{
		int NewCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;//原空间为0令新空间大小为4，否则扩为2倍
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * NewCapacity);//为原空间扩容

		if (tmp == NULL)//扩容失败
		{
			perror("STPush");//打印失败
			exit(-1);//程序以非正常形式结束
		}
		//扩容成功
		ps->a = tmp;//将扩容后的地址赋给a
		ps->capacity = NewCapacity;//修改capacity为新大小
	}

	ps->a[ps->top] = x;//将x放入栈顶
	ps->top++;//栈顶元素下标加1
}

五、删除

so easy~这个不讲了哈~就是尾删，直接top--就OK了，注意断言栈不为空就行了。

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);//ps不为空
	assert(ps->top > 0);//栈不为空

	ps->top--;//栈顶元素下标少1
}

六、获取栈顶元素

为了体现栈后进先出的特性，栈一般是没有打印、查找等操作的，但有个获取栈顶元素的操作，这个操作一般和删除连用，读一个删一个，这样就可以依次读出后来进入的元素啦~

当然这个操作本身还是超简单的，直接返回a[top-1]即栈顶元素就好。

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);//ps不为空
	assert(ps->top > 0);//栈不为空

	return ps->a[ps->top - 1];
}

七、判空

我其实挺纠结这个要不要放，真的太简单了，但还是争取做到面面俱到吧……

这个函数的返回值我们设为bool类型，空返回真，非空返回假。

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);//ps不为空

	return ps->top == 0;//top为0则空，不为0则非空
}

八、已存放数据数

正如我们开头讲的，这些代码的top其实就相当于顺序表里的size，代表的就是已存放的数据数，so，直接返回top值就行。

int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);//ps不为空

	return ps->top;//top即为已存放数据数
}

结尾

emmm…目录看着似乎挺多操作，但这篇真没啥可说的，所以，就这样叭~下次再见~

这是本篇代码码云链接：

class_c: 课上要认真鸭~ - Gitee.com

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