【数据结构】拆分详解 - 栈

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前言

文章细分了各个知识点，可在目录中快速跳转。
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本文介绍栈的定义以及常见的接口实现。

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一、栈是什么？

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（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。

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二、栈的接口实现（数组栈）

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。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。我们下面介绍数组栈的接口，其实与顺序表相差无几。

  0. 声明

typedef int StackDataType;  //注释1

typedef struct Stack
{
	StackDataType* a;  ////指向动态开辟的数组的指针
	int top;  //标识栈顶或栈顶的下一个元素位置（下标）
	int capacity; //空间容量
}Stack;  //注释2

注释：

• 由于后期我们可能会改变结构体存储数据的类型，而一但更改，我们需要对每一个调用该类型的地方进行修改，十分麻烦，使用typedef对数据的类型进行重命名，这样以后要更换类型只需要更改此处就可以达到全文替换的目的。

• 重命名简便后续输入，注意我们为什么不直接命名简便一点呢？每个命名都是基于英文单词的释义，这样可以增加在多人协作，以及后续维护代码时的可读性。

  1. 创建并初始化

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;  //注释1
}

注释：

1. top设计为标识栈顶的下一个元素位置，则初始化为0，同时也可以标识栈内的有效元素个数
2. top设计为标识栈顶位置，则初始化为-1，因为创建完数组为空。

  2. 销毁

void StackDestory(Stack* ps)
{
	free(ps->a);	//与初始化相比，只多了此步
		            //释放动态开辟空间并置空指针
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

  3. 入栈（插入）

void StackPush(Stack* ps, StackDataType x)
{
	assert(ps);
	
	
	if (ps->top == ps->capacity) //当有效元素个数=空间容量时开始扩容（开辟）
	{
	    
	    //定义新空间大小，这里使用了三目操作符，意思是当原空间容量为0时，
	    //开辟空间容量为4，原空间不为0时进行扩容，新空间容量扩容为原空间的2倍。
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		
		//注意是数组，指针类型为存放数据的类型
		StackDataType* tmp = (StackDataType*)realloc(ps->a,sizeof(StackDataType) * newcapacity); 
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;  //将原指针指向新开辟的空间
		ps->capacity = newcapacity;  //更新空间容量
	}
	ps->a[ps->top] = x;  //在栈顶后插入元素
	ps->top++;  //更新下标位置（有效元素个数）
}

  4. 出栈（删除）

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top>0);  //栈为空时不能再出栈
	ps->top--;  //并没有真的“扔出”，只是不再访问这个位置的数据
}

• 我们要理解top（下标位置，有效元素个数）以及capacity（空间容量）的实质，我们使用这两个变量来描述栈，但修改其本身是不会直接对栈造成影响的，而是通过其他函数调用这两个参数对顺序表修改。
  如capacity在扩容时使用，top也是同理，我们在后续操作中访问顺序表时，是不访问超过top个数的元素的，以此达成“出栈”的目的。但同时我们应该也注意通过动态开辟的空间是不支持“分期还款”的，即不能只释放开辟的一部分空间，实际上出栈的元素在空间中仍然存在，但我们已经不再使用。

  5. 获取栈顶元素值

StackDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);  //栈顶大于0才拥有有效元素
	return ps->a[ps->top - 1];
}

  6. 获取栈中有效元素个数

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

  7. 检测栈是否为空

//检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)  //布尔类型，需包含头文件<stdbool.h>
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;  //利用表达式返回值，如果表达式为真，则返回ture，否则返回false。
}

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总结

本文介绍了栈的概念和结构，并实现了常见的接口。本文的每一段代码都带有注释，对于难懂点使用格外标注以及图表方式辅助理解，如果对你有所帮助，还望点赞收藏支持博主。
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