c语言实现栈

前言

本文章主要介绍用c语言实现栈，包括栈的各个接口比如STInit，STpush，STpop等等

一.栈的概念及结构

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定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。栈中的数据元素遵从后进先出的LIFO（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

入栈即加入数据到栈顶

出栈即将栈顶数据删除

二.栈实现的结构选择

1）选择数组来存储栈的数据还是链表来存储？

这涉及到顺序表和链表两种数据结构的特性。两个都能实现栈，但是根据栈最常用的操作是入栈和出栈，即尾删和尾插。而数组的尾删和尾插是优于链表的。因为链表的尾删还要获取尾结点要涉及找尾操作，不像数组可以通过下标直接访问到尾部的空间。

更加详细对比请看这篇文章

顺序表和链表的区别-优快云博客

先看下要实现的接口函数有哪些，然后相关的头文件也一并列出了。我们用多文件编写这个栈的实现。stack.h放函数的声明，顺便把所有要用的头文件都在这个文件引用。这样在其他文件只要引用一个stack.h文件即可。

stack.c放函数的实现。stack.c放函数的测试（放main函数）。

stack.h文件

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

typedef int STDataType;
//创建动态栈，栈的核心是对栈顶的操作，所以创建结构体包含栈顶下标top，便于管理栈顶
typedef struct STDataType
{
	STDataType* a;  //使用顺序表来当栈
	int top;        // 栈的最后一位有效元素的后一位的下标 数值上等于栈的所有有效元素数量
     //比如top初始化为0，则有效元素数为0个，且是‘最后一位有效元素’的后一位下标。
     //即在此下标对应的空间赋值，就是入栈
	int capacity;   //栈的容量大小（顺序表）
}ST;

//初始化栈   -- 注意，每一个接口函数的参数都要有一级指针，因为这样才能实际改变栈。否则就只是实参的拷贝，出函数后就会销毁。
void STInit(ST* ps);

//压栈
void STpush(ST* ps, STDataType x);

//出栈
void STpop(ST* ps);

//释放malloc开辟空间
void STDestroy(ST* ps);

//拿到栈顶元素
STDataType STtop(ST* ps);

//拿到栈的有效元素个数
int Stsize(ST* ps);

//检查栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

stack.c --- 函数的实现

 

#include "stack.h"

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);  //断言 ，ps指针不能为空
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

void STpush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
//栈顶到容量顶就扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
//这里用三目运算符是为了应对一开始栈为空的情况，对容量*2并不能实现扩容
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
//直接用realloc，当ps->a中是空时，realloc的功能和malloc一样
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		//check
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		//refresh更新
		ps->capacity = newcapacity;
		ps->a = tmp;
	}
	
	//push 
	ps->a[ps->top] = x;// initialize  a  = 0  a就是最后有效元素的后一位下标（其对应位置为空）
	ps->top++;
}

//出栈 只要删减top即可
void STpop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top>0);
	--ps->top;
}


void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;

}

STDataType STtop(ST* ps)
{
	assert(ps);

	//NULL  top = 0 无意义，栈顶没有元素可取
	assert(ps->top > 0);

	return ps->a[ps->top - 1]; //如我们一开始初始化时一样，top所指下标是最后一个有效元素的下一个
}

//栈的最后一位有效元素的后一位的下标 数值上等于栈的所有有效元素数量
int Stsize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;  //为0时表示为空，返回true ，否则返回false
}

test.c--主函数的控制

#include "stack.h"

int main()
{

	ST st1;
	STInit(&st1);
	STpush(&st1, 1);
	STpush(&st1, 2);
	STpush(&st1, 3);
	STpush(&st1, 4);
	STpush(&st1, 5);
//栈的打印，打印栈顶元素后出栈，删除栈顶元素以取得下一个栈顶元素。
//实际应用场景也是如此，使用完的栈顶元素就不要了。
	while (!STEmpty(&st1))
	{
		printf("%d ", STtop(&st1));
		STpop(&st1);
	}
	printf("\n");

//不要忘了释放malloc出来的空间
	STDestroy(&st1);
	return 0;
}