栈结构详解-优快云博客

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栈结构

什么是栈结构

栈结构是从数据的运算来分类的，也就是说栈结构具有特殊的运算规则。而从数据的逻辑结构来看，栈结构其实就是线性结构。如果从数据的存储结构来进一步划分，栈结构包括两类。

顺序栈结构:即使用一组地址连续的内存单元依次保存栈中的数据。在程序中，可以定义一个指定大小的结构数组来作为栈，序号为0的元素就是栈底，再定义一个变量top保存栈顶的的序号即可。
链式栈结构:即使用链表形式保存栈中各元素的值。链表首部(head引用所指向元素)为栈顶，链表尾部(指向地址为null)为栈底。

在这里插入图片描述
典型的栈结构，如图所示。从图中可以看出，在栈结构中只能在一端进行操作，该操作端称为栈顶，另一端称为栈底。也就是说，保存和取出数据都只能从栈结构的一端进行。从数据的运算角度来分析，栈结构是按照“后进先出”(Last In First Out, LIFO) 的原则处理结点数据的。

一般栈结构的基本操作有两个：

入栈(Push):将数据保存到栈项的操作。进行入栈操作前，先修改栈项引用。使其向上移一个元素位置。通过修改栈顶引用，使其向上移一个元素位置，然后将数据保存到栈顶引用所指的位置
出栈(Pop):将栈顶的数据弹出的操作。通过修改栈项引用，使其指向栈中的下一个元素。
接下来，了解如何在Java语言中建立顺序栈，并完成顺序栈结构的基本操作

1. 准备数据

class DATA3{
    String name;
    int age;
}
class StackType{
    static final int MAXLEN=50;
    DATA3[] data=new DATA3[MAXLEN+1];
    int top;
}

在类StackType中，data 为数据元素，top 为栈顶的序号。当top=0时表示栈为空，top=SIZE时表示栈满。
Java语言中数组都是从下标0开始的。在这里，为了讲述和理解的方便，从下标1开始记录据结点，下标0的位置不使用。

2.初始化栈结构

在使用顺序栈之前，首先要创建个空的顺序栈，即初始化顺序栈。顺序栈的初始化操作步如下:
(1)按符号常量SIZE指定的大小申请一片内存空间，用来保存栈中的数据。
(2)设置栈项引用的值为0，表示一个空栈。
初始化顺序栈的代码示例如下:

StackType STInit() {
    StackType p;
    p = new StackType();
    if (p != null) {
        p.top = 0;
        return p;
    }
    return null;
}

3.判断空栈

判断栈是否为空，为空则不可以进行出栈操作，可以进行入栈操作

boolean STIsEmpty(StackType s){
    boolean t;
    t=(s.top==0);
    return t;
}

4.判断满栈

如果是满栈，表示该栈中没有多余的空间来保存额外的数据，此时不可进行入栈操作，但可以进行出栈操作

boolean STIsFull(StackType s) {
    boolean t;
    t = (s.top == MAXLEN);
    return t;
}

5.清空栈

void STClear(StackType s) {
    s.top = 0;
}

6.释放空间

释放空间即释放栈结构所占用的内存单元。在初始化栈结构时，使用了malloc函数分配内存空间。虽然可以使用清空栈操作，但是清空栈操作并没有释放内存空间，这里就需要使用free函数释放所分配的内存

void STFree(StackType s) {
    if (s != null) {
        s = null;
    }
}

7.入栈

入栈（Push）是栈结构的基本操作，主要操作时将数据元素保存到栈结构中。入栈操作的具体步骤如下：

1. 首先判断栈顶top，如果top大于等于SIZE，则表示溢出，进行出错处理；否则执行以下操作；
2. 设置top=top+1（栈顶引用加1，指向入栈地址）；
3. 将入栈元素保存到top指向的位置；
入栈
操作示例代码：

int PushST(StackType s, DATA3 data) {
    if (s.top + 1 > MAXLEN) {
        System.out.println("栈溢出！");
        return 0;
    }
    s.data[++s.top] = data;
    return 1;
}

8.出栈

出栈（Pop）是栈结构的基本操作，主要操作域入栈相反，其操作是从栈顶弹出一个数据元素。出栈操作的具体步骤如下：

1. 首先判断栈顶top，如果top等于0，则表示为空栈，进行出错处理；否则执行以下操作；
2. 将栈顶引用top所指位置的元素返回；
3. 设置top=top-1，也就是是栈顶引用减1，指向栈的下一元素的地址，原来的栈顶元素被弹出；
出栈操作示例代码：

DATA3 PopST(StackType s) {
    if (s.top == 0) {
        System.out.println("栈为空！");
        System.exit(0);
    }
    return (s.data[s.top--]);
}

返回值是栈顶的数据元素

9.栈操作的演示实例

import java.util.Scanner;

class DATA3 {
    String name;
    int age;
}

class StackType {
    static final int MAXLEN = 50;
    DATA3[] data = new DATA3[MAXLEN + 1];
    int top;

    StackType STInit() {
        StackType p;
        p = new StackType();
        if (p != null) {
            p.top = 0;
            return p;
        }
        return null;
    }

    boolean STIsEmpty(StackType s) {
        boolean t;
        t = (s.top == 0);
        return t;
    }

    boolean STIsFull(StackType s) {
        boolean t;
        t = (s.top == MAXLEN);
        return t;
    }

    void STClear(StackType s) {
        s.top = 0;
    }

    void STFree(StackType s) {
        if (s != null) {
            s = null;
        }
    }

    int PushST(StackType s, DATA3 data) {
        if (s.top + 1 > MAXLEN) {
            System.out.println("栈溢出！");
            return 0;
        }
        s.data[++s.top] = data;
        return 1;
    }

    DATA3 PopST(StackType s) {
        if (s.top == 0) {
            System.out.println("栈为空！");
            System.exit(0);
        }
        return (s.data[s.top--]);
    }
}

public class Stack {
    public static void main(String[] args) {
        StackType st = new StackType();
        DATA3 data1 = new DATA3();
        StackType stack = st.STInit();
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.println("入栈操作：");
        System.out.println("输入姓名 年龄进行入栈操作：");
        do {
            DATA3 data = new DATA3();
            data.name = input.next();
            if (data.name.equals("0")) {
                break;
            } else {
                data.age = input.nextInt();
                st.PushST(stack, data);
            }
        } while (true);
        String temp = "1";
        System.out.println("出栈操作：按任意非0键进行出栈操作：");
        temp = input.next();
        while (!temp.equals("0")) {
            data1 = st.PopST(stack);
            System.out.println("出栈的数据是" + data1.name + " " + data1.age);
            temp = input.next();
        }
        System.out.println("测试结束！");
        //释放栈所占用的空间
        st.STFree(st);
    }
}