数据结构——栈的顺序存储（优缺点及代码实现:C语言）

原创 已于 2024-04-29 14:53:27 修改 · 527 阅读 · 1 ·
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#数据结构 #c语言 #考研

于 2024-04-22 15:40:02 首次发布

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顺序存储优缺点

栈是操作受限的线性表，只能在栈的一端（栈顶）进行入栈和出栈，所以是先进后出 或是后进先出的线性表。经典案例有进制转换，括号匹配的检验，表达式求值等
优点：
1.插入删除都是在栈顶，时间复杂度O(1)
2.空间利用率高，采用连续的存储空间存储元素
缺点：
1.栈溢出问题：由于顺序栈的存储空间是有限的，当入栈的元素超过栈的容量时，就会发生栈溢出问题，需要采取相应的措施进行处理。
2.扩容开销：容量创建时时固定的，当栈中元素个数超过最大容量时，要进行扩容操作，需要将原栈中元素复制到新栈中，很麻烦。

代码实现（C语言）

定义顺序栈

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define MaxSize 100      //最大容量
typedef int SElemType;   //栈中元素类型
typedef struct {
    SElemType *base;     //栈底指针
    SElemType *top;		 //栈顶指针
    int StackSize;       //栈的大小
} SeqStack;              //栈

typedef enum {			//程序返回值状态码
    OK =1,
    OVERFLOW = 0,
    TRUE = 1,
    FALSE = 0,
} Status;

初始化栈

Status InitStack(SeqStack *S) {
    S->base = (SElemType *)malloc(sizeof(SElemType) * MaxSize);//动态分配栈内存大小
    if (!S->base)   //等价于S->base == NULL
	{
		printf("内存分配失败！");
	    return OVERFLOW;
	}
    S->top = S->base;      //栈顶指针指向栈底表示空栈
    S->StackSize = MaxSize;
    return OK; 
}

判栈空

Status StackEmpty(SeqStack *S)
{
	if(S->top == S->base)  //空栈条件
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

判栈满

Status StackFull(SeqStack *S)
{
	if(S->top - S->base == S->StackSize)  //栈满条件，用栈顶指针-栈底指针 看是不是等于栈的大小 相等表示栈满
		return TRUE;
	else
		return FALSE
}

入栈

Status Push(SeqStack *S, SElemType e) 
{
    if (StackFull(S)) 
    {
        printf("栈满，不能入栈！");
        return FALSE;
    }
    *(S->top++) = e;   // 等价于 S->top = e ;  S->top++;
    return OK;
}

出栈

Status Pop(SeqStack *S, SElemType *e) 
{
    if (StackEmpty(S)) 
    {
        printf("栈空，不能出栈！");
        return FALSE;
    }
    *e = *(--(S->top));  //   S->top -- ;  *e = *(S->top);
    return OK;
}

求栈长

int StackLength(SeqStack *S)
{
	if(S->base)
		return (S->top - S->base);   //栈顶 - 栈底 = 栈长
}

取栈顶

SElemType GetTop(SeqStack *S) 
{
	if(StackEmpty(S))
	{
		printf("栈空，不能取栈顶！");
		return FALSE;
	}
	return *(S->top -1);  
}

清空栈

Status StackClear(SeqStack *S)
{
	if(S->base)
		S->top = S->base;  //清空栈只是将栈中元素清楚，只需要把栈顶指针指向栈底就好
	return OK;
}

销毁栈

Status StackDestroy(SeqStack *S)
{
	if(S->base)
	{
		free(S->base);      //释放掉内存，此时指针还在
		S->StackSize = 0;   //将大小指针设为0
		S->top = S->base =NULL;  //将指针指向空
	}
	return OK;
}

完整示例（C语言实现）

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define MaxSize 100
typedef int SElemType;
typedef struct {
    SElemType *base;
    SElemType *top;
    int StackSize;
} SeqStack;

typedef enum {
    OK =1,
    OVERFLOW = 0,
    TRUE = 1,
    FALSE = 0,
} Status;

// 初始化栈
Status InitStack(SeqStack *S) {
    S->base = (SElemType *)malloc(sizeof(SElemType) * MaxSize);
    if (!S->base)
	{
		printf("内存分配失败！");
	    return OVERFLOW;
	}
    S->top = S->base;
    S->StackSize = MaxSize;
    return OK;
}

// 判栈空
Status StackEmpty(SeqStack *S) {
    if (S->top == S->base)
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

// 判栈满
Status StackFull(SeqStack *S) {
    if (S->top - S->base == S->StackSize)
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

// 入栈
Status Push(SeqStack *S, SElemType e) {
    if (StackFull(S)) {
        printf("栈满，不能入栈！");
        return FALSE;
    }
    *(S->top++) = e;   // 等价于 S->top = e ;  S->top++;
    return OK;
}

// 出栈
Status Pop(SeqStack *S, SElemType *e) {
    if (StackEmpty(S)) {
        printf("栈空，不能出栈！");
        return FALSE;
    }
    *e = *(--(S->top));  //   S->top -- ;  *e = *(S->top);
    return OK;
}

// 求栈长
int StackLength(SeqStack *S)
{
	if(S->base)
		return (S->top - S->base);   //栈顶 - 栈底 = 栈长
}

// 取栈顶
SElemType GetTop(SeqStack *S) {
    if (StackEmpty(S)) {
        printf("栈空，不能取栈顶！");
        return FALSE;
    }
    return *(S->top - 1);
}

// 清空栈
Status StackClear(SeqStack *S) {
    if (S->base)
        S->top = S->base;
    return OK;
}

// 销毁栈
Status StackDestroy(SeqStack *S) {
    if (S->base) {
        free(S->base);
        S->StackSize = 0;
        S->top = S->base = NULL;
    }
    return OK;
}

void Menu() {
    /*显示菜单子函数*/
    printf("\n                  顺序栈的各种操作");
    printf("\n==================================================");
    printf("\n|               1——初始化栈                    |");
    printf("\n|               2——判栈空                      |");
    printf("\n|               3——判栈满                      |");
    printf("\n|               4——入栈操作                    |");
    printf("\n|               5——出栈操作                    |");
    printf("\n|               6——求栈长                      |");
    printf("\n|               7——取栈顶                      |");
    printf("\n|               8——清空栈                      |");
    printf("\n|               9——销毁栈                      |");
    printf("\n|               0——返回                        |");
    printf("\n==================================================");
    printf("\n请输入菜单号（0-9）:");
}

int main() {
    SeqStack S;
    int choice,n,flag,i;
    SElemType e,x;

    do {
        Menu();
        scanf("%d", &choice);

        switch (choice) {
            case 1:
                if (InitStack(&S) == OK)
                    printf("栈初始化成功！\n");
                break;
            case 2:
                if (StackEmpty(&S) == TRUE)
                    printf("栈为空！\n");
                else
                    printf("栈非空！\n");
                break;
            case 3:
                if (StackFull(&S) == TRUE)
                    printf("栈已满！\n");
                else
                    printf("栈未满！\n");
                break;
            case 4:
				 printf("请输入要入栈的元素个数：");
				 scanf("%d",&n);
				 printf("请输入%d个入栈的整数：",n); 
				for(i=0;i<n;i++)
				{   
             		scanf("%d",&x);
             		flag=Push(&S,x);
				}
				if(flag==TRUE)
					printf("入栈成功！");
				break;
            case 5:
                if (Pop(&S, &e) == OK)
                    printf("出栈元素为：%d\n", e);
                break;
            case 6:
                printf("栈的长度为：%d\n", StackLength(&S));
                break;
            case 7:
                printf("栈顶元素为：%d\n", GetTop(&S));
                break;
            case 8:
                StackClear(&S);
                printf("栈已清空！\n");
                break;
            case 9:
                StackDestroy(&S);
                printf("栈已销毁！\n");
                break;
            case 0:
                printf("退出程序\n");
                break;
            default:
                printf("输入错误，请重新输入\n");
        }
    } while (choice != 0);

    return 0;
}

结语

敬请各位大佬批评指正 日后也会持续更新数据结构相关内容，互相学习😊😊
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