【数据结构】超详细——动态栈

1、栈的概念和结构

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的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。栈中的数据元素遵守后进先出(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。

2、栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

下面代码是定长的静态栈的结构，但在实际应用中较少使用。

typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{
    STDataType a[N];
    int top;//栈顶
}Stack;

动态栈的结构在日常开发中使用较多，本节将对动态栈进行详细说明：

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* a;
    int top;
    int capacity;
}ST;

初始化时，栈中属性a在堆中开辟一块4*sizeof(STDataType)的空间，同时给top赋值0，capacity赋值4。

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;

入栈，首先判断a是否存满，符合条件ps->top == ps->capacity时，表明a已经存满，此时重新在堆中开辟一块空间以替代旧的a的空间；若a有空，则直接将要插入的值x直接压栈进入pa->a[pa->top]。

void StackPush(ST* ps,STDataType data)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

出栈比较容易，出栈一次，就top-1。

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->a > 0);

	return ps->a[ps->top - 1];
}

获取栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->a > 0);

    ps->top--;
}

获取栈中有效元素个数

int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

检测栈是否为空，如果为空返回非0结果，如果不为空返回0

int StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

销毁栈，详见说明请参考动态内存管理：

void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

3、调试

void TestStack1()
{
	ST st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);

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

	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);

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

	StackDestroy(&st);

}

初始化栈后的栈结构属性值：

5次压栈后，栈内结构属性值：

此时，top的值为5。最后，销毁栈时，释放堆中的空间，将存储在a的空间首元素地址NULL。

详细的代码详见：动态栈