【C语言进阶教程】数据结构与算法（4.栈 5.队列 6.树）

第四章 栈 (Stack)

4.1 栈的基本概念

栈是一种重要的数据结构，其特点是后进先出（LIFO, Last In First Out）。在栈中，最新添加的元素会最先被移除。栈在计算机科学中有着广泛的应用，例如在函数调用、表达式求值和递归处理中。

• 典型特性：
  • 后进先出：栈中的元素按照逆序进行操作。
  • 单端操作：栈的增删改查都发生在栈顶的一端。

栈的基本操作通常包括压栈（push）、弹栈（pop）、查看栈顶元素（peek）以及判断栈是否为空。

4.2 基于数组的栈

基于数组实现的栈使用数组来存储栈中的元素，操作简单且访问速度快。在C语言中，可以使用动态数组来避免数组大小固定的限制。

• 实现要点：
  • 定义一个数组以及一个变量来表示栈顶位置。
  • 压栈操作是将元素置于数组的下一空闲位置，然后栈顶指针增量。
  • 弹栈操作是将栈顶指针减量后返回栈顶元素。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAX_SIZE 100

typedef struct {
   
    int data[MAX_SIZE];
    int top;
} Stack;

// 初始化栈
void initStack(Stack *s) {
   
    s->top = -1;
}

// 判断栈是否为空
int isEmpty(Stack *s) {
   
    return s->top == -1;
}

// 压栈操作
int push(Stack *s, int value) {
   
    if (s->top == MAX_SIZE - 1) {
   
        printf("栈满\n");
        return -1;
    }
    s->data[++(s->top)] = value;
    return 0;
}

// 弹栈操作
int pop(Stack *s) {
   
    if (isEmpty(s)) {
   
        printf("栈空\n");
        return -1;
    }
    return s->data[(s->top)--];
}

// 查看栈顶元素
int peek(Stack *s) {
   
    if (isEmpty(s)) {
   
        printf("栈空\n");
        return -1;
    }
    return s->data[s->top];
}

4.3 基于链表的栈

基于链表的栈解决了数组实现中栈大小固定的问题。使用链表节点来存储每个元素，可以动态调整栈的大小。

• 实现要点：
  • 每个元素都是链表中的一个节点。
  • 压栈将新节点插入链表头，弹栈删除链表头节点。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义节点
typedef struct Node {
   
    int data;
    struct Node *next;
} Node;

// 定义栈
typedef struct {
   
    Node *top;
} Stack;

// 初始化栈
void initStack(Stack *s) {
   
    s->top = NULL;
}

// 判断栈是否为空
int isEmpty(Stack *s) {
   
    return s->top == NULL;
}

// 压栈操作
void push(Stack *s, int value) {
   
    Node *newNode = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = value;
    newNode->next = s->top;
    s->top = newNode;
}

// 弹栈操作
int pop(Stack *s) {
   
    if (isE