数据结构--栈-C语言实现迷宫求解

数据结构–栈C语言实现迷宫求解

前言
代码主要根据《数据结构》（C语言版）严蔚敏提供的C语言伪代码而写，改变了其中的一些小细节。提供这个代码主要不是学习栈，而是学习穷举迷宫求解算法，另外代码中用到了二级指针，必须要对指针熟悉才行。
运行的时候可以改变00_stack_maze.h中的相关参数来改变迷宫的规模以及迷宫中障碍的数量，开始可以调得小一些。
程序是每隔两秒打印一次，程序中的方向用每个方向英文单词首字母表示。
另外推荐学习视频是B站的数据结构官方视频，最后如果觉得代码可读性很差或者有错误，轻点骂。
迷宫求解思想
迷宫求解主要思想是回溯法。

代码

00_state.h
*预定义常量和类型
*/#ifndef __00_STATE_H__
#define __00_STATE_H__#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<time.h>
#include<windows.h>#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2typedef int Status;#endif

/*
*02_stack_maze.h
*/#include"00_state.h"
#define SleepTime 2
#define MAZE_SIZE 7
#define OBSTACLE_NUMBER 10
#define STACK_INIT_SIZE 100//存储空间初始分配量
#define STACK_INCREMENT 10//存储空间分配增量typedef enum{ACCESSIBLE,START,END,OBSTACLE,MARKED,//走过的通道 NOT_ACCESSIBLE//走过但是退回来了
}maze[MAZE_SIZE][MAZE_SIZE],STATE;typedef enum{EAST,SOUTH,WEST,NORTH
}DIR;typedef struct{int X;int Y;
}PosType;typedef struct {int order;     //通道序号PosType seat;     //坐标DIR dir;            //下一个该访问的方向
}maze_block,StackElemType;//迷宫通道类型，也是栈元素 typedef struct{StackElemType *base;StackElemType *top;int stacksize;//当前已经分配的存储空间
}stack;Status stack_init(stack * pstack);//构造空栈
StackElemType get_top(stack stack_,StackElemType *e);//获取栈顶元素
Status pop(stack *pstack,StackElemType *e);
StackElemType get_top(stack stack_,StackElemType *e);//获取栈顶元素
Status stack_empty(stack stack_);bool maze_path(maze  maze_, PosType start, PosType end);
void create_maze(maze maze_);//构造一个迷宫
void print_maze(maze maze_);//打印迷宫
Status not_exist_in_stack(stack stack_,PosType pos);
Status pass(maze maze_,PosType pos,stack stack_);
void track_mark(maze maze_,PosType curpos);
STATE get_pos_state(maze maze_, PosType curpos);
PosType get_next_pos(maze maze_,PosType curpos,DIR dir);
void mark_not_accessible(maze maze_,PosType pos);
Status get_pos_dir_from_stack(stack  stack_,int i,int j,DIR * dir);


/*
*02_stack_maze.cpp
*/
#include"02_stack_maze.h"
stack stack_;Status stack_init(stack * pstack)//构造空栈
{pstack->base = (StackElemType*)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(StackElemType));if(!pstack->base)exit(OVERFLOW);pstack->top = pstack->base;pstack->stacksize = STACK_INIT_SIZE;return OK;
}
StackElemType get_top(stack stack_,StackElemType *e)//获取栈顶元素
{if(stack_.top == stack_.base)exit(1);*e = *(stack_.top-1);return *e;
}Status push(stack *pstack,StackElemType e)
{if(pstack->top-pstack->base>=pstack->stacksize)//指针相减{pstack->base = (StackElemType*)realloc(pstack->base,(pstack->stacksize+STACK_INCREMENT)*sizeof(StackElemType));if(!pstack->base)exit(OVERFLOW);pstack->top=pstack->base+pstack->stacksize;pstack->stacksize+=STACK_INCREMENT;}*(pstack->top) = e;//先赋值，然后指针上移pstack->top++; return OK;
}Status pop(stack *pstack,StackElemType *e)
{if(pstack->top==pstack->base) {printf("栈为空\n");return ERROR;}else{pstack->top--;//先指针下移，然后赋值*e = *(pstack->top);return OK; }
}Status stack_empty(stack stack_)
{return stack_.base == stack_.top?TRUE:FALSE;
}void print_stack(stack stack_)
{StackElemType *base = stack_.base;StackElemType *top = stack_.top;while(base<top){printf("%d",base->dir);base++;}
}
Status not_exist_in_stack(stack stack_,PosType pos)//判断当前位置是否为已经走过的路径
{StackElemType *base = stack_.base;StackElemType *top = stack_.top;if(base == top)//栈为空,当前位置不在当前路径上 return TRUE; else{while(base<top){if(base->seat.X == pos.X&&base->seat.Y == pos.Y)return FALSE; elsebase++;}}return TRUE;
}
Status pass(maze maze_,PosType pos,stack stack_)//当前位置可以通过，即未曾走到过的通道块
{if ((maze_[pos.X][pos.Y] ==ACCESSIBLE ||maze_[pos.X][pos.Y] ==START||maze_[pos.X][pos.Y] ==END)&& not_exist_in_stack(stack_,pos))     return TRUE;
}void track_mark(maze maze_,PosType curpos)//标记当前位置为已经走过
{//if(maze_[curpos.X][curpos.Y] == END);maze_[curpos.X][curpos.Y] = MARKED;}STATE get_pos_state(maze maze_, PosType curpos)
{return maze_[curpos.X][curpos.Y];
}PosType get_next_pos(maze maze_,PosType curpos,DIR dir)
{PosType pos = curpos;switch(dir){case EAST:pos.Y++;break;case SOUTH:pos.X++;break;case WEST:pos.Y--;break;case NORTH:pos.X--;break;default:printf("切换方向错误\n");exit(1);  }return pos;
}void mark_not_accessible(maze maze_,PosType pos)
{maze_[pos.X][pos.Y] = NOT_ACCESSIBLE;
}Status get_pos_dir_from_stack(stack  stack_,int i,int j,DIR * dir)
{if(stack_empty(stack_)){return FALSE;  }else{StackElemType *base = stack_.base;StackElemType *top = stack_.top;while(base<top){if(base->seat.X == i&&base->seat.Y == j){*dir = base->dir;break;}elsebase++;}  }return FALSE;
}
bool maze_path(maze  maze_, PosType start, PosType end)
{start.X = 1;start.Y = 1;PosType curpos = start;int curstep = 1;do{if(pass(maze_,curpos,stack_))//当前位置可以通过，即未曾走到过的通道块 ,纳入路径，继续前进 {if(get_pos_state(maze_,curpos) == END){printf("找到出口，坐标：(%d,%d)\n",curpos.X,curpos.Y);exit(0);}elsetrack_mark(maze_, curpos);StackElemType e;e.order = curstep;e.seat = curpos;e.dir = EAST;push(&stack_,e);
//          if(get_pos_state(maze_,curpos) == END)
//              return TRUE;curpos = get_next_pos(maze_,curpos,EAST);//当前位置通，不是出口 curstep++;//    print_maze(maze_);}//if passelse//{if(!stack_empty(stack_)){StackElemType e;pop(&stack_,&e);curpos= e.seat;while(e.dir ==NORTH &&!stack_empty(stack_))//栈不空且栈顶位置的四周均不可通 {mark_not_accessible(maze_,e.seat);//标记当前位置不可通过pop(&stack_,&e); curpos = e.seat;}//while e.dirif(e.dir<NORTH )//换向探索 {e.dir = (DIR)(e.dir+1);push(&stack_,e);curpos = get_next_pos(maze_,curpos,e.dir);//设定当前位置是新方向上的相邻块 }//if e.dir }//if ! stack_empty}//else print_maze(maze_);    }while(!stack_empty(stack_));return FALSE;  }void create_maze(maze maze_)//迷宫为MAZE_SIZE*MAZE*SIZE，其中之间的(MAZE_SIZE-2)*(MAZE_SIZE-2)为迷宫主要部分，外面的一层作为墙壁
{int i = 0;int j = 0;for(;j<MAZE_SIZE;j++)//第一行和最后一行为墙 {maze_[0][j] = OBSTACLE;maze_[MAZE_SIZE-1][j] =OBSTACLE;}for(;i<MAZE_SIZE;i++)//第一列和最后一列为墙{maze_[i][0] = OBSTACLE;maze_[i][MAZE_SIZE-1] = OBSTACLE;}//srand(time(0));int k = 0;for(; k < OBSTACLE_NUMBER; k++){i = rand()%(MAZE_SIZE-2)+1;j =  rand()%(MAZE_SIZE-2)+1;maze_[i][j] = OBSTACLE;}//固定起点maze_[1][1] = START;//固定终点maze_[MAZE_SIZE-2][1] = END;
}void print_maze(maze maze_)//打印迷宫 {int i = 0;int j = 0;for( i = 0; i<MAZE_SIZE; i++){for( j = 0; j<MAZE_SIZE;j++){switch(maze_[i][j]){case ACCESSIBLE:               printf(" ");break;case MARKED:DIR dir;get_pos_dir_from_stack(stack_,i,j,&dir);switch(dir){case EAST:printf("%c",'E');break;case SOUTH:printf("%c",'S');break;case WEST:printf("%c",'W');break;case NORTH:printf("%c",'N');break;default:printf("error2");break;}break;case START:printf("?");break;case OBSTACLE:printf("#");break;case END:printf("!");break;case NOT_ACCESSIBLE:printf("$");break;    default:printf("error");break;        }// printf("%d",(int)maze_[i][j]);}printf("\n");}Sleep(2000);system("cls");}int main(void)
{stack_init(&stack_);maze maze_ = {ACCESSIBLE};create_maze(maze_);PosType start,end;start.X = 1;start.Y = 1;end.X = MAZE_SIZE-2;end.Y = 1;print_maze(maze_);maze_path(maze_,start,end);print_maze(maze_);//print_stack(stack_);return 0;
}

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