C语言数据结构-数组实现栈详解

原创于 2026-01-02 11:36:29 发布 · 579 阅读

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在计算机科学中，栈是一种遵循“后进先出”（LIFO）原则的数据结构。在C语言中，我们可以用数组来构建一个栈。数组为我们提供了一块连续的内存空间。我们定义栈的最大容量为5，这意味着我们的栈最多只能存放5个元素。

#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 5   // 定义栈的最大容量为5

栈的核心在于两个关键变量：一个用于存储数据的数组，和一个指示当前位置的指针。我们把这个指针命名为top，告诉我们当前栈顶在哪里。初始时，栈是空的，因此我们将top设置为-1。因为数组的下标从0开始，-1则表示“无元素”的状态。

int stack[MAX_SIZE]; // 声明一个整型数组作为栈的存储空间,数组大小是 MAX_SIZE
int top = -1;        // 声明并初始化栈顶指针;top 表示栈顶元素在数组中的下标;初始值 -1 表示空栈

一、初始化栈（initStack）

// 初始化栈
void initStack() {
    top = -1;     // 重置栈顶指针为-1（空栈状态）
    printf("栈已初始化\n");
}

二、入栈操作（push）

先判断是否为满栈，再进行入栈操作。

++top：先把 top 加1（如果是空栈，从-1变成0）
stack[top] = value; 把值存入新的栈顶位置

void push(int value) {
    if (top == MAX_SIZE - 1) {    // 判断栈是否已满
        printf("栈已满，%d 无法入栈！\n", value);
        return;  // 直接返回
    }
    stack[++top] = value;    // 入栈操作

    printf("%d 入栈成功\n", value);
}

三、出栈操作（pop）

我们需要先检查栈是否为空，如果不为空，就取出栈顶元素，然后将top指针减1。代码中的stack[top--]实现了这个逻辑：先使用当前的top值获取元素，然后将top减1。这个过程不会真正删除数组中的数据，只是移动了指针，原来的数据仍然存在，但已经被标记为“无效”，因为它在当前栈的范围之外。

void pop() {
    if (top == -1) {   // 判断栈是否为空
        printf("栈为空，无法出栈！\n");
        return;  // 直接返回
    }
    int value = stack[top--];  // stack[top]：先获取当前栈顶的值； top--：然后把栈顶指针减1
    printf("%d 出栈成功\n", value);
}

四、显示栈顶元素（topValues）

查看栈顶元素，只需返回 stack[top] 的值，而不改变top指针。

void topValues() {
    if (top == -1) {   // 判断栈是否为空
        printf("栈为空\n");
        return;
    }
    printf("栈顶元素: %d\n", stack[top]);  // 显示栈顶元素，但不修改top
}

五、打印栈元素（printStack）

在打印时，我们从栈底（数组索引0）开始，一直打印到栈顶（数组索引top），这样我们看到的顺序就是元素入栈的顺序。

void printStack() {
    if (top == -1) {
        printf("栈为空\n");
        return;
    }
    printf("栈内容: ");
    for (int i = 0; i <= top; i++) {   // 从栈底到栈顶遍历
        printf("%d ", stack[i]);
    }
    printf(" <-- 栈顶\n");
}

六、主函数main

通过一个简单的测试来观察栈的行为。尝试将41、42、43、44、45、46这六个数字依次入栈。由于栈的容量是5，前五个数字会成功入栈，而第六个数字46会遇到栈满的错误。这时程序不会崩溃，而是给出提示：“栈已满，46无法入栈！”。

接着，查看当前栈的状态。栈里有41、42、43、44、45这五个数字，栈顶是45。然后我们执行三次出栈操作，依次移除45、44和43。现在栈里只剩下41和42，栈顶是42。这个过程清晰展示了“后进先出”的原则：最后入栈的45最先被移除。

int main() {
    initStack();  // 初始化栈
    
    printf("=== 入栈 ===\n");
    for (int i = 41; i <= 46; i++) {    // 入栈6次（容量只有5）
        push(i);  // 第6次会失败
    }

    printStack();  // 打印当前栈
    topValues();        // 查看栈顶
    
    printf("\n=== 出栈3次 ===\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {     // 出栈3次
        pop();
    }

    return 0;
}