【数据结构】 栈的知识点

本文介绍了栈的基本概念和结构,强调了栈的后进先出特性,并通过数组和链表两种方式展示了栈的实现。文中列举了栈的经典应用,如有效括号问题和链表逆序打印,还探讨了栈区和栈帧在程序运行中的作用。此外,文章提供了栈操作的C语言实现代码,并给出了两个栈的应用实例题目及其解析。

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1.

1.1栈的概念及结构

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 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

1.2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
 顺序表:不适合任意位置的插入和删除,但尾插和尾删效率高
入栈:就是顺序表的尾插--》o(1)
出栈:就是顺序表的尾删--》o(1)
顺序表基本都是通过下标来操作的,代码比较简单
链表:链表中大部分都是指针操作,实现较为复杂
入栈:链表头插
出栈:链表头删
下面是栈的一些常用操作,参考代码
void StackCheckCapacity(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->size == ps->capacity)
	{
		// realloc(地址,要申请的空间总的字节数)可以完成下述操作

		// 1. 开辟新空间
		int newCapacity = ps->capacity * 2;
		DataType* temp = malloc(sizeof(DataType)*newCapacity);
		if (NULL == temp)
		{
			assert(0);
			printf("StackCheckCapacity:malloc失败!!!\n");
			return;
		}

		// 2. 将旧空间中的元素拷贝到新空间
		memcpy(temp, ps->array, sizeof(DataType)*ps->size);

		// 3. 释放旧空间
		free(ps->array);

		// 4. 使用新空间
		ps->array = temp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
}

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{
	// 如果空间不够,需要库容
	StackCheckCapacity(ps);
	ps->array[ps->size] = data;
	ps->size++;
}

// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
	if (StackEmpty(ps))
		return;

	ps->size--;
}

// 获取栈顶元素
DataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->array[ps->size - 1];
}

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

// 检测栈是否为空: 空返回真,否则返回假
int StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return 0 == ps->size;
}

// 栈的销毁操作
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->array);
	ps->array = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->size = 0;
}


1.3 经典练习题

1.一个栈的初始状态为空。现将元素12345ABCDE依次入栈,然后再依次出栈,则元素出 栈的顺序是( b)。

A 12345ABCDE
B EDCBA54321
C ABCDE12345
D 54321EDCBA
2. 若进栈序列为 1,2,3,4 ,进栈过程中可以出栈,则下列不可能的一个出栈序列是(c)
A 1,4,3,2
B 2,3,4,1
C 3,1,4,2
D 3,4,2,1

栈的应用场景:利用它改变顺序

Leetcode 20 有效括号

链接

给定一个只包括 '(',')','{','}','[',']' 的字符串 s ,判断字符串是否有效。

有效字符串需满足:

左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号

来源:力扣(LeetCode)
 

思路:先对所有括号遍历,拿到每个括号ch

1.如果是左括号,入栈。

2.否则是右括号  需要找对应的左括号来进行匹配,左括号都在栈中因此需要与栈顶的左括号进行匹配,获取栈顶的左括号top,  ch==(  && top==           ch==[ && top==       ch={&&top==}

3.如果所有括号都匹配了,在循环结束之后,栈一定是空的

4.拿到右括号,需要和栈顶的左括号进行比对,此时要保证栈顶必须有左括号

单链表的逆序打印

 

方法1:借助辅助空间给一个数组,遍历链表遇到每个节点时将值域存储到数组中,将数组从尾到头打印

方法2:采用递归(画个图就行)

void PrintListReverse(ListNode* head)

{

      if(head){

     PrintListReverse(head->next);

     printf("%d", head->next);

     }
}

 

方法3:栈操作

将递归转换为循环(用栈操作)

void PrintListReverse(ListNode* head)
{
  Stack s;
  Stackinit(&s);
  ListNode* cur =head;
  while(cur)
{
  StackPush(&s,cur->data);
  cur = cur->next;
}
while(! StackEmpty(&s))
 {
    printf("%d", StackTop(&s));
    StackPop(&s);
 }
}

1.4 堆栈、栈区、栈帧

堆栈:一般指的都是数据结构中,具有先进后出特性的数据结构、

栈区:程序运行起来后,操作系统给进程划分的虚拟地址空间中一块特殊的内存空间。(内部一般储存的都是调用时候需要存储的一些数据)

栈帧:每个函数在运行之前,操作系统负责给方法划分一块独立的栈空间,来组织该函数运行时需要存储的一些数据:形参、局部变量、语句中间运行结果、寄存器信息等

 

 

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