栈的数组实现

由于栈是一个特殊的表,我们可以用数组来实现栈。考虑到栈运算的特殊性,我们用一个数组elements[1..maxlength]来表示一个栈时,将栈底固定在数组的底部,即elements[1]为最早入栈的元素,并让栈向数组上方(下标增大的方向)扩展。同时,我们用一个游标top来指示当前栈顶元素所在的单元。当top=0时,表示这个栈为一个空栈。在一般情况下,elements中的元素序列elements[top],elements[top-1],..,elements[1]就构成了一个栈。这种结构如图2所示。

图2 用数组实现栈

利用上述结构,我们可以形式地定义栈类型TStack如下:

Type

 TStack=Record

         top:integer;

         element:array[1..maxlength] of TElement;

        End;

在这种表示法下,栈的5种基本运算可实现如下。

procedure MakeNull(Var S:TStack);

begin

 S.top:=0;

end;

function Empty(var S:Stack):Boolean;

begin

 return(S.top=0);

end;

finction Top(var S:TStack):TElement;

begin

 if Empty(S) then Error('The stack is empty.')

             else return(S.element[S.top]);

end;

procedure Pop(var S:TStack);

begin

 if Empty(S) then Error('The stack is empty.')

             else dec(S.top); {S.top减1}

end;

procedure Push(x:TElement;var S:TStack);

begin

 if S.top=maxlength then Error('The stack is full.')

                    else begin

                           inc(S.top); {S.top增1}

                           S.elements[S.top]:=x;

                          end;

end;

以上每种操作的复杂性为O(1)。

在一些问题中,可能需要同时使用多个同类型的栈。为了使每个栈在算法运行过程中不会溢出, 要为每个栈顶置一个较大的栈空间。这样做往往造成空间的浪费。实际上,在算法运行的过程中,各个栈一般不会同时满,很可能有的满而有的空。因此,如果我们让多个栈共享同一个数组,动态地互相调剂,将会提高空间的利用率,并减少发生栈上溢的可能性。 假设我们让程序中的两个栈共享一个数组S[1..n]。利用栈底位置不变的特性,我们可以将两个栈的栈底分别设在数组S的两端,然后各自向中间伸展,如图3所示。这两个S栈的栈顶初值分别为0和n+1。只有当两个栈的栈顶相遇时才可能发生上溢。由于两个栈之间可以余缺互补,因此每个栈实际可用的最大空间往往大于n/2。

图3 共享同一个数组的两个栈

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