【数据结构】栈的实现

（一）栈定义

栈：是一种受限制的线性表，即只能在尾部进行插入、删除的线性表，而且是一种先进后出的数据结构。尾部这一端又叫做栈顶，另一端叫做栈底。

入栈：向一个栈内插入元素叫做入栈或压栈，它把新元素放到栈顶元素的上面，是它成为新的栈顶元素。
出栈：在栈内删除元素叫出栈或退站，即把栈顶元素删除掉，使其相邻的的元素成为新的栈顶元素。

栈的实现一般用数组或链表实现，但数组结构实现更优，因为数组在尾部插入删除的代价小。
如图：数组的入栈和出栈，满足后进先出

类似于枪的子弹夹，后进的去子弹先发射出来，前面的子弹才可以发射出来。

（二）栈实现

（1）创建结构体

typedef int STDataType;// 动态栈
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 栈顶	

	int capacity;  // 容量 
}Stack;

typedef int STDataType为了方便改类型，栈结构需要创建三个成员变量，STDataType* a，方便增容用指针的形式，top表示栈顶，capacity表示栈容量。

（2）具体函数实现及解析

（1.1）初始化栈

void StackInit(Stack* ps)// 初始化栈 
{
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

初始化先先开辟4个空间，方便增容，置栈顶为0，表示指向栈顶的下一个元素，而capacity置为4。

（1.2）入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)// 入栈 
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,ps->capacity*sizeof(STDataType)* 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps ->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

入栈先断言结构体指针不能为空，再判断是否要增容，如果top等于capacity就增，用realloc函数进行增容，增2倍，放到tmp指针变量里，判断tmp是否为空，不为空则把a指向tmp指针，并更新capacity。再把数据放到ps->top下标位置，并++使栈顶指向下一个元素。

（1.3）出栈

void StackPop(Stack* ps)// 出栈 
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

出栈的情况直接top–，使栈顶位置往下走，需要两处重要的断言，一是ps不能为空，二是因为这里的栈是不能为空的，我们调用StackEmpty函数啊，如果为空返回真再取反，为假，则报错。

（1.4）获取栈顶元素

STDataType StackTop(Stack* ps)// 获取栈顶元素
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];

}

因为ps->top指的是栈顶元素下一个位置，我们取栈顶元素时需要减一，同样需要两处断言，同上。

（1.5）获取栈中有效元素个数

int StackSize(Stack* ps)// 获取栈中有效元素个数 
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

返回个数，直接返回的是ps->top，因为这是数组是从0开始的，所以直接返回即可。

（1.6）检测栈是否为空

bool StackEmpty(Stack* ps)// 检测栈是否为空0 
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;

}

判断是否为空，先断言，直接返回表达式，如果等于0为空，返回true，反之返回false。

（1.7）销毁栈

void StackDestroy(Stack* ps)// 销毁栈 
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

销毁栈，先释放指针a所指向的空间，再把它置为空指针，后两个变量皆置为0。

（三）栈实现代码

（1）Stack.c

#include"Stack.h"
void StackInit(Stack* ps)// 初始化栈 
{
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)// 入栈 
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a,ps->capacity*sizeof(STDataType)* 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps ->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

void StackPop(Stack* ps)// 出栈 
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

STDataType StackTop(Stack* ps)// 获取栈顶元素
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];

}

int StackSize(Stack* ps)// 获取栈中有效元素个数 
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

bool StackEmpty(Stack* ps)// 检测栈是否为空0 
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;

}

void StackDestroy(Stack* ps)// 销毁栈 
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

（2）Stack.h

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

typedef int STDataType;// 动态栈
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 栈顶	

	int capacity;  // 容量 
}Stack;

void StackInit(Stack* ps);// 初始化栈 

void StackPush(Stack* ps, STDataType data);// 入栈 

void StackPop(Stack* ps);// 出栈 

STDataType StackTop(Stack* ps);// 获取栈顶元素 

int StackSize(Stack* ps);// 获取栈中有效元素个数 

bool StackEmpty(Stack* ps);// 检测栈是否为空

void StackDestroy(Stack* ps);// 销毁栈 

（3）test.c

#include"Stack.h"
void test1()
{
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	StackPush(&st, 6);


	printf("size:%d\n", StackSize(&st)); 

	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	printf("%d\n", StackTop(&st));

	StackDestroy(&st);

}
int main()
{
	
	test1();
	return 0;

}

（四）栈结构测试结果