栈的实现详解

目录

一. 栈的概念和结构

二. 栈的实现方式

1.链表实现栈

2. 数组实现栈

三. 栈各个功能实现

1. 结构体的定义

 2. 栈的初始化

3. 入栈操作

4. 出栈操作

5. 返回栈顶的值

6. 销毁栈

7. 判断栈是否为空

8. 返回栈有多少元素

四. 完整代码

1. stack.h

2. stack.c

3. test.c

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一. 栈的概念和结构

栈是一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素。进入数据插入和删除操作的一端成为栈顶另一端称为栈底，栈中元素遵守后进先出或先进后出原则

压栈：栈的插入操作叫做（进栈/压栈/入栈）（入数据在栈顶）

出栈：栈的删除操作叫出栈。（出数据在栈顶）

 

二. 栈的实现方式

 栈可以用链表实现也可以用数组实现

1.链表实现栈

如果用尾做栈顶，尾插尾删要设计成双向链表否则插入效率极低

如果用头做栈顶可以设计成单链表的方式

虽然不用扩容但是cpu命中率低

2. 数组实现栈

可以静态实现也可以动态实现

需要扩容，但是cpu命中率高

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两种方式各有优劣，这里我们选择使用数组实现

三. 栈各个功能实现

1. 结构体的定义

typedef int StackType;
typedef struct Stack
{
	StackType* a;//StackType是存储元素的类型
	int Top;
	int capacity;
}ST,*pS;

三个参数的含义：

a：指针，用来存储数据

Top：栈顶元素在a中的位置

capacity：a能容纳的元素个数

 2. 栈的初始化

void StackInit(pS pst)
{
	assert(pst);
	
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	pst->Top = 0;
}

此处pst->Top可以初始化为0也可以初始化为-1，代表栈顶元素在a中的位置或者代表栈顶元素在a中位置的下一个(两种写法对后面代码会产生影响)

3. 入栈操作

void BuyNode(pS pst)
{

	int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
	StackType* tmp = (StackType*)realloc(pst->a, sizeof(StackType) * newcapacity );
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("relloc fail");
		return;
	}
	pst->a = tmp;
	pst->capacity = newcapacity;
}

void StackPush(pS pst, StackType data)
{
	assert(pst);
	if (pst->Top == pst->capacity)
	{
		BuyNode(pst);
	}
	pst->a[pst->Top] = data;
	pst->Top++;
}

扩容时要看是容量（capacity）是0还是非0，非0就扩充2倍，0就赋值为4来开辟动态内存

如果上文Top初始化为-1，此处的pst->Top++要在赋值前

4. 出栈操作

void StackPop(pS pst)
{
	assert(pst);

	pst->Top--;//数组里的值不用改，再添加数据会覆盖掉
}

5. 返回栈顶的值

StackType StackTop(pS pst)
{
	assert(pst);

	return pst->a[pst->Top-1];
}

因为Top指向的是栈顶元素的下一个位置，所以要-1

6. 销毁栈

void StackDestroy(pS pst)
{
	assert(pst);
	
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	pst->Top = 0;
}

7. 判断栈是否为空

bool StackEmpty(pS pst)
{
	assert(pst);
	return pst->Top == 0; 
}

8. 返回栈有多少元素

int StackSize(pS pst)
{
	assert(pst);

	return pst->Top;
}

数组存储是有0这个下标的，所以直接返回Top，如果Top是指向栈顶元素那返回Top+1

四. 完整代码

1. stack.h

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
#include<stdlib.h>
typedef int StackType;

typedef struct Stack
{
	StackType* a;
	int Top;
	int capacity;
}ST,*pS;
//初始化
void StackInit(pS pst);
//入栈
void StackPush(pS pst,StackType data);
//出栈
void StackPop(pS pst);
//取栈顶数据
StackType StackTop(pS pst);
//判空
bool StackEmpty(pS pst);
//获取数据个数
int StackSize(pS pst);

void StackDestroy(pS pst);

2. stack.c

#include"stack.h"

//初始化
void StackInit(pS pst)
{
	assert(pst);
	
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	pst->Top = 0;
}

void BuyNode(pS pst)
{

	int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
	StackType* tmp = (StackType*)realloc(pst->a, sizeof(StackType) * newcapacity );
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("relloc fail");
		return;
	}
	pst->a = tmp;
	pst->capacity = newcapacity;
}

void StackPush(pS pst, StackType data)
{
	assert(pst);
	if (pst->Top == pst->capacity)
	{
		BuyNode(pst);
	}
	pst->a[pst->Top] = data;
	pst->Top++;
}

void StackPop(pS pst)
{
	assert(pst);

	pst->Top--;//数组里的值不用改，再添加数据会覆盖掉
}

StackType StackTop(pS pst)
{
	assert(pst);

	return pst->a[pst->Top-1];
}

void StackDestroy(pS pst)
{
	assert(pst);
	
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	pst->Top = 0;
}
bool StackEmpty(pS pst)
{
	assert(pst);
	return pst->Top == 0; 
}

int StackSize(pS pst)
{
	assert(pst);

	return pst->Top;
}

3. test.c

#include"stack.h"


int main()
{
	ST s = { 0 };
	StackInit(&s);
	StackPush(&s, 2);
	StackPush(&s, 2);
	StackPush(&s, 3);
	StackPush(&s, 3);
	printf("%d\n", StackSize(&s));
	while(!StackEmpty(&s))
	{
		printf("%d\n", StackTop(&s));
		StackPop(&s);
	}
	StackDestroy(&s);
	return 0;
}

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本篇文章到此结束希望可以帮到您(๑′ᴗ‵๑)Ｉ Lᵒᵛᵉᵧₒᵤ❤

（づ￣3￣）づ╭❤～ 再见啦~