栈---顺序栈实现

顺序栈详解

概述

顺序栈是一种基于数组实现的栈数据结构。栈是一种特殊的线性表,只允许在一端进行插入和删除操作,这一端称为栈顶。顺序栈使用一个数组来存储栈中的元素,并使用一个指针 top 来指示当前栈顶元素的位置。

结构体定义

顺序栈的结构体定义如下:

typedef struct {
    int data[MaxSize]; // 用于存储栈中元素的数组
    int top;           // 栈顶指针,指向当前栈顶元素的索引位置
} SequentialStack;

基本操作

初始化栈

初始化栈时,为结构体分配内存,并设置栈顶指针 top-1,表示栈为空:

void InitStack(SequentialStack *&s) {
    s = (SequentialStack *) malloc (sizeof(SequentialStack));
    s->top = -1;
}

销毁栈

销毁栈时,释放之前分配的内存空间:

void DestoryStack(SequentialStack *&s) {
    free(s);
}

判断栈是否为空

通过检查栈顶指针 top 是否为 -1 来判断栈是否为空:

bool StackEmpty(SequentialStack *s) {
    return s->top == -1;
}

入栈操作

向栈中添加新元素。如果栈已满,则返回 false 表示失败;否则将元素存入栈顶,并更新栈顶指针:

bool PushStack(SequentialStack *&s, int e) {
    if (s->top == MaxSize - 1) {
        return false;
    }
    s->top++;
    s->data[s->top] = e;
    return true;
}

出栈操作

从栈中移除栈顶元素。如果栈为空,则返回 false 表示失败;否则返回栈顶元素,并更新栈顶指针:

bool PopStack(SequentialStack *&s, int &e) {
    if (s->top == -1) {
        return false;
    }
    e = s->data[s->top];
    s->top--;
    return true;
}

获取栈顶元素

返回栈顶元素的值。如果栈为空,则返回 false 表示失败:

bool GetTop(SequentialStack *s, int &e) {
    if (s->top == -1) {
        return false;
    }
    e = s->data[s->top];
    return true;
}

打印栈的内容

打印栈中所有元素。如果栈为空,则输出提示信息:

void displayStack(SequentialStack *s) {
    if (s->top == -1) {
        printf("栈中没有元素\n");
    } else {
        for (int i = 0; i <= s->top; i++) {
            printf("%d ", s->data[i]);
        }
        printf("\n");
    }
}

示例代码解析

以下是一个简单的程序示例,演示了如何使用上述定义的顺序栈进行基本操作:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MaxSize 10

// 顺序栈的结构体定义
typedef struct {
    int data[MaxSize]; // 用于存储栈中元素的数组
    int top;           // 栈顶指针,指向当前栈顶元素的索引位置
} SequentialStack;

// 初始化栈
void InitStack(SequentialStack *&s) {
    s = (SequentialStack *) malloc (sizeof(SequentialStack));
    s->top = -1;
}

// 销毁栈
void DestoryStack(SequentialStack *&s) {
    free(s);
}

// 判断栈是否为空
bool StackEmpty(SequentialStack *s) {
    return s->top == -1;
}

// 入栈
bool PushStack(SequentialStack *&s, int e) {
    if (s->top == MaxSize - 1) {
        return false;
    }
    s->top++;
    s->data[s->top] = e;
    return true;
}

// 出栈
bool PopStack(SequentialStack *&s, int &e) {
    if (s->top == -1) {
        return false;
    }
    e = s->data[s->top];
    s->top--;
    return true;
}

// 取栈顶元素
bool GetTop(SequentialStack *s, int &e) {
    if (s->top == -1) {
        return false;
    }
    e = s->data[s->top];
    return true;
}

// 打印栈的数据
void displayStack(SequentialStack *s) {
    if (s->top == -1) {
        printf("栈中没有元素\n");
    } else {
        for (int i = 0; i <= s->top; i++) {
            printf("%d ", s->data[i]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main() {
    SequentialStack *s;
    InitStack(s);

    bool pushFlag = true;
    while (pushFlag) {
        printf("请输入需要入栈的数据:");
        int e;
        scanf("%d", &e);
        pushFlag = PushStack(s, e);
        displayStack(s);
        printf("入栈成功\n");
    }

    printf("入栈结束\n");
    int top;
    GetTop(s, top);
    printf("现在的栈顶元素为:%d\n", top);
    printf("是否需要出栈?(0/1)\n");
    int popFlag;
    scanf("%d", &popFlag);
    while (popFlag) {
        int e;
        popFlag = PopStack(s, e) ? 1 : 0;
        printf("出栈的元素为:%d\n", e);
        displayStack(s);
        printf("是否继续出栈?(0/1)\n");
        if (popFlag) {
            scanf("%d", &popFlag);
        }
    }
    printf("出栈结束\n");

    printf("销毁栈\n");
    DestoryStack(s);

    return 0;
}

注意事项

  1. 内存管理:确保正确释放分配给栈的内存,避免内存泄漏。
  2. 边界条件处理:检查栈满或空的情况,避免越界访问。
  3. 输入验证:对于用户输入进行适当的验证,确保程序的健壮性。
### 顺序栈的 `pop` 操作实现及原理 #### 的特性 是一种遵循后进先出(LIFO, Last In First Out)原则的数据结构。对于顺序栈而言,其底层由一维数组实现的操作主要围绕顶指针 `top` 展开[^1]。 #### `pop` 操作的定义 `pop` 操作用于删除并返回顶元素。该操作的前提条件是不能为空,即 `top != -1`。如果为空,则无法执行 `pop` 操作,通常会抛出错误或提示用户已空[^2]。 #### `pop` 操作的具体过程 以下是顺序栈中 `pop` 操作的主要逻辑: 1. 判断是否为空。若为空 (`top == -1`),则报错退出。 2. 若不为空,保存当前顶元素到临时变量中。 3. 将顶指针减一,表示顶位置向下移动一位。 4. 返回之前保存的顶元素。 #### C语言中的 `pop` 函数实现 以下是一个基于顺序栈的 `pop` 操作函数实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 定义顺序栈结构体 struct Stack { int *data; // 存储数据的动态数组 int maxlen; // 的最大长度 int top; // 顶指针 (-1 表示空) }; typedef struct Stack SeqStack; // 初始化 void initStack(SeqStack *stack, int size) { stack->data = (int *)malloc(size * sizeof(int)); stack->maxlen = size; stack->top = -1; // 初始状态为空 } // pop 操作 int pop(SeqStack *stack) { if (stack->top == -1) { // 如果为空 printf("Error: Stack is empty.\n"); return -1; // 可以根据需求修改默认返回值 } int value = stack->data[stack->top]; // 获取顶元素 stack->top--; // 顶指针下移 return value; // 返回顶元素 } ``` 上述代码实现顺序栈的 `pop` 操作功能。当调用 `pop` 方法时,程序首先判断是否为空;如果不为空,则取出顶元素并将顶指针减一。 #### 时间复杂度分析 由于 `pop` 操作仅涉及访问和更新顶指针以及可能的一个内存读取操作,因此时间复杂度为 \(O(1)\)。 ---
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