C语言 栈与数组的实现详解

目录

• 栈的实现
• 栈的定义
• 数组实现
• 静态栈
• 动态栈
• 链栈

栈的实现

首先我们思考一个问题，什么是栈？

栈是数据结构的一种，栈在我们日常编码中遇到的非常多，很多人对栈的接触可能仅仅局限在 递归使用的是栈 和 StackOverflowException，栈是一种后进先出的数据结构(可以想象生化金字塔的牢房和生化角斗场的狗洞)。

栈的定义

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素

栈的应用广泛，比如你的程序执行查看调用堆栈、计算机四则加减运算、算法的非递归形式、括号匹配问题等等。所以栈也是必须掌握的一门数据结构。最简单大家都经历过，你拿一本书上下叠在一起，就是一个后进先出的过程，你可以把它看成一个栈。下面我们介绍数组实现的栈两种形式。

数组实现

静态栈

一般不推荐使用这种方法，因为当空间不够用时，增容会有点麻烦，不实用。

typedef struct Stack
{
    STDataType _a[];  //STDataType 为int宏定义，当然你也可以将它定义为其他类型，宏定义是为了换栈类型的时候方便一点
    int _top; // 栈顶
    int _capacity; // 容量
}Stack;

动态栈

相比静态栈，动态栈空间不够时可以直接时用realloc动态扩容，但是动态扩会有一定程度的消耗，我们会直接扩容一倍，当使用不完时会造成一定程度的空间浪费。

typedef struct Stack
{
    STDataType* _a;//指向一块开辟出来的连续空间的指针
    int _top; // 栈顶
    int _capacity; // 容量
}Stack;

栈要实现的操作

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

栈的初始化

void StackInit(Stack* ps)
{
    ps->_a = NULL; //初始化时将指针指向空,此时没有开辟空间
    //这里可以将top赋值为0，也可以赋值为-1。
    ps->_top = -1;  //赋值为0时表示top为栈顶元素的下一个位置的下标，赋值为-1时top为栈顶元素的下标
    ps->_capacity = 0; //栈的容量
}

入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
    assert(ps);
    //考虑要不要增容
    //当top为0时判断条件为
    //if(ps->top==ps->_capacity)
    if (ps->_top+1 == ps->_capacity)//当栈满时进入
    {
        //判断当前栈的容量是否为0，为0的话开辟4个空间，不为0时扩容一倍
        int newcapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;
        STDataType* tmp = realloc(ps->_a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
        if (tmp == NULL)
        {
            exit(-1);
        }
        ps->_a = tmp;
        ps->_capacity = newcapacity;
    }
    //扩容完成，或者不用扩容，开始插入
    ps->_top++;
    ps->_a[ps->_top] = data;
    //当top为0时插入操作
    //ps->_a[ps->_top] = data;
    //ps->_top++;
}

出栈

void StackPop(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    //判断是否为空
    assert(!StackEmpty(ps));//暴力判断
    //if (top==-1)//温柔判断
    //{
    //  printf("栈已经空了！\n");
    //  exit(-1); //甩出异常
    //}
    ps->_top--;
}

取栈顶元素

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    //判断是否为空,为空甩出异常。
    assert(!StackEmpty(ps));
    //if (!StackEmpty(ps)) {
    //  printf("栈为空！\n");
    //  exit(-1);
    //}
    return ps->_a[ps->_top]; //返回栈顶元素
}

判断栈中有几个有效数据

//取出栈里有效元素个数。
int StackSize(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->_top+1;
}

判断栈是否为空

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->_top == -1;  //ps->_top为-1返回true,否则返回false.
​
}

销毁栈

销毁栈是必不可少的的一步，如果没有销毁的话会造成内存泄露

void StackDestroy(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    free(ps->_a);
    ps->_a = NULL;
    ps->_top = -1;
    ps->_capacity = 0;
}

链栈

最后介绍一下链栈，这里就不实现了有兴趣的话可以自己实现一下。

链栈和链表一样的，也是通指针将各个数据块链接起来的

设计链栈是最好设计为双向链表，否则当你设计为用尾作栈顶是出栈效率低。

用头做栈顶时，头插头删，可以设计为单链表。

到此这篇关于C语言 栈与数组的实现详解的文章就介绍到这了,更多相关C语言 栈与数组内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！