数据结构 严薇敏 栈 的实现及其使用方法详解
2024-05-12 11:52:28
目录
1.栈
1.1栈的概念及结构
1.2栈的实现
1.3接口以及实现
Stack.h
Stack.c
栈的初始化
入栈
出栈
获取栈顶元素
获取栈中有效元素的个数
检测栈是否为空
栈的销毁
扩容
测试
1.栈
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。形象一点就是吃进去吐出来，只是在一端进行操作。
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
栈的话用动态顺序表实现就是比较简单的，当然也可用单链表实现，但是注意一个问题，栈是不可以被遍历的，我们就用顺序表来实现
顺序结构
链式结构
1.3接口以及实现
Stack.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
typedef int Datatype;//其实就是一个阉割版的顺序表
//我们知道栈是先进后出，只要给他的操作遵循就好了typedef struct Stack {//动态的栈Datatype* arr;int capacity;//标记栈顶int top;
}Stack;
//栈的初始化
void StackInit(Stack* p, int capacity);//入栈
void StackPush(Stack* p, Datatype data);//出栈
void StackPop(Stack* p);//获取栈顶元素
Datatype Stacktop(Stack* p);//获取栈的大小
int StackSize(Stack* p);//判断栈是否为空
int StackEmpty(Stack* p);//栈的销毁
void StackDestroy(Stack* p);//栈的扩容
//阉割版的顺序表呀在此就不再赘述
void StackCheckCapacity(Stack* p);Stack.c
#include "Stack.h"
//栈的初始化
void StackInit(Stack* p, int capacity)
{//检测参数合法性assert(p);//对传入的capacity为负数的体现capacity = capacity <= 0 ? 3 : capacity;//动态在堆上申请空间来初始化栈p->arr = (Datatype* )malloc(sizeof(Stack) * capacity);//开辟未成功if (NULL == p->arr) {assert(0);}//更新参数p->capacity = capacity;p->top = 0;
}//入栈
void StackPush(Stack* p, Datatype data)
{StackCheckCapacity(p);//直接压栈把data放在栈顶指针这块p->arr[p->top] = data;//栈顶指针++p->top++;
}
//出栈
void StackPop(Stack* p)
{//先得看看是否为空if (StackEmpty(p)) {return;}//栈顶指针--p->top--;
}
//获取栈顶元素
Datatype Stacktop(Stack* p)
{//先得看看是否为空assert(p);if (StackEmpty(p)) {return;}// return ps->arr[--p->top]; // 错误写法return p->arr[p->top - 1];
}// 获取栈中有效元素的个数
int StackSize(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);return p->top;
}// 检测栈是否为空，如果为空返回真，否则返回假
int StackEmpty(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);return 0 == p->top;
}//栈的销毁
void StackDestroy(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);//free掉防止内存泄露if (p->arr) {free(p->arr);p->capacity = 0;p->top = 0;}
}//扩容
//先申请新的内存空间
//把原来的数据拷贝到新扩容的空间里面去
//free掉原来空间，让arr指向新开辟的内存空间
void StackCheckCapacity(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);if (p->capacity == p->top) {int Newcapacity = (p->capacity << 1);Datatype* temp = (Datatype*)malloc(sizeof(Datatype) * Newcapacity);if (NULL == temp) {assert(0);}memcpy(temp, p->arr, sizeof(Datatype) * p->capacity);free(p->arr);p->arr = temp;p->capacity = Newcapacity;}
}
int main() {Stack s;StackInit(&s,3);StackPush(&s, 1);StackPush(&s, 2);StackPush(&s, 3);printf("size = %d\n", StackSize(&s));printf("top = %d\n", Stacktop(&s));StackPush(&s, 4); // 扩容StackPush(&s, 5);StackPush(&s, 6);StackPush(&s, 7); // 扩容printf("size = %d\n", StackSize(&s));printf("top = %d\n", Stacktop(&s));StackPop(&s);StackPop(&s);StackPop(&s);printf("size = %d\n", StackSize(&s));printf("top = %d\n", Stacktop(&s));StackDestroy(&s);
}
栈的初始化
//栈的初始化
void StackInit(Stack* p, int capacity)
{//检测参数合法性assert(p);//对传入的capacity为负数的体现capacity = capacity <= 0 ? 3 : capacity;//动态在堆上申请空间来初始化栈p->arr = (Datatype* )malloc(sizeof(Stack) * capacity);//开辟未成功if (NULL == p->arr) {assert(0);}//更新参数p->capacity = capacity;p->top = 0;
}- assret我们的老朋友先对参数合法性判断。
- 然后对capacity合法性判断，如果是负数就给他一个初始值，c++用缺省参数就规避掉了给他一个默认值就好了。
- 在堆上申请空间，然后对申请的空间进行判断是否申请成功了。
- 再更新我们的参数。
入栈
//入栈
void StackPush(Stack* p, Datatype data)
{StackCheckCapacity(p);//直接压栈把data放在栈顶指针这块p->arr[p->top] = data;//栈顶指针++p->top++;
}- 压栈把data放在栈顶部位。
- 在把站栈顶指针向上移动。
出栈
//出栈
void StackPop(Stack* p)
{//先得看看是否为空if (StackEmpty(p)) {return;}//栈顶指针--p->top--;
}- 看看栈是否为空，要是空就直接返回，就不删除了。
- 然后栈顶指针向下移动。
获取栈顶元素
//获取栈顶元素
Datatype Stacktop(Stack* p)
{//先得看看是否为空assert(p);if (StackEmpty(p)) {return;}// return ps->arr[--p->top]; // 错误写法return p->arr[p->top - 1];
}- 先判空是否为空栈。
- 减1让我们栈顶指针指向栈顶元素。
- 然后直接把栈顶元素返回就好了。
获取栈中有效元素的个数
// 获取栈中有效元素的个数
int StackSize(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);return p->top;
}
直接把top输出传回来就好了。
检测栈是否为空
// 检测栈是否为空，如果为空返回真，否则返回假
int StackEmpty(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);return 0 == p->top;
}- 判断是否为空其实就是栈顶指针是否等于栈底指针。
- 这里我们0就是栈底指针 top就是栈顶指针相等就是空。
栈的销毁
//栈的销毁
void StackDestroy(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);//free掉防止内存泄露if (p->arr) {free(p->arr);p->capacity = 0;p->top = 0;}
}- 先检验参数合法性。
- 把这个栈free掉。
- 再把参数更新。
扩容
//扩容
//先申请新的内存空间
//把原来的数据拷贝到新扩容的空间里面去
//free掉原来空间，让arr指向新开辟的内存空间
void StackCheckCapacity(Stack* p)
{//检测参数合法性assert(p);if (p->capacity == p->top) {int Newcapacity = (p->capacity << 1);Datatype* temp = (Datatype*)malloc(sizeof(Datatype) * Newcapacity);if (NULL == temp) {assert(0);}memcpy(temp, p->arr, sizeof(Datatype) * p->capacity);free(p->arr);p->arr = temp;p->capacity = Newcapacity;}
}- 开辟新的内存空间。
- 把数据拷贝到新空间去。
- 释放旧空间。
- p的arr指向新空间。
测试
void text() {Stack s;StackInit(&s, 3);StackPush(&s, 1);StackPush(&s, 2);StackPush(&s, 3);printf("size = %d\n", StackSize(&s));printf("top = %d\n", Stacktop(&s));StackPush(&s, 4); // 扩容StackPush(&s, 5);StackPush(&s, 6);StackPush(&s, 7); // 扩容printf("size = %d\n", StackSize(&s));printf("top = %d\n", Stacktop(&s));StackPop(&s);StackPop(&s);StackPop(&s);printf("size = %d\n", StackSize(&s));printf("top = %d\n", Stacktop(&s));StackDestroy(&s);
}
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