【数据结构入门】栈（Stack）的实现（定义、销毁、入栈、出栈等）

文章目录

（1）前言
- 1）栈的概念
- 2）进栈出栈的形式
- 3）栈的存储结构
（2）栈的实现（顺序栈）
- 1）栈的定义
- 2）栈的初始化
- 3）栈的销毁
- 4）入栈
- 5）出栈
- 6）检测栈是否为空
- 7）获取栈中有效元素个数
- 8）获取栈顶元素
（3）测试栈的功能

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（1）前言

1）栈的概念

栈：是一种特殊的线性表，其只允许在表尾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。

2）进栈出栈的形式

栈对线性表的插入和删除的位置做了限制，并没有对元素进出的时间进行限制，所以，在不是所有元素都进栈的情况下，事先进去的元素也可以出栈，只要保证是栈顶元素出栈就可以。

所以栈是：一种入栈顺序，多种出栈顺序。

比如：现在有元素1、2、3依次进栈，出栈顺序有哪些？

第一种：1、2、3（1进、1出、2进、2出、3进、3出）

第二种：3、2、1（1、2、3进，3、2、1出）

第三种：2、1、3（1、2进，2、1出，3进、3出）

第四种：1、3、2（1进、1出，2、3进，3、2出）

第五种：2、3、1（1、2进，2出，3进，3出，1出）

3）栈的存储结构

栈的顺序存储结构

数组的首元素作为栈底，另外一端作为栈顶，同时定义一个变量 top 来记录栈顶元素在数组中的位置。

栈的链式存储结构

单链表的尾部作为栈底，头部作为栈顶，方便插入和删除（进栈头插，出栈头删），头指针和栈顶指针 top 合二为一。

（2）栈的实现（顺序栈）

顺序表的结构相比链表简单，不影响效率的情况下会优先使用顺序表。

这次我们用的可动态增长的数组来实现的，因为栈只会在一端进行插入和删除操作，用数组效率还是比较高，当然，也会存在一些问题，就是每次空间不够，要重新开辟空间，可能会造成一些内存浪费。

首先新建一个工程（博主使用的是 VS2019 ）

Stack.h（栈的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）
Stack.c（栈接口函数的实现）
Test.c（主函数、测试栈各个接口功能）

Stack.h 头文件代码如下：

#pragma once#include<stdio.h>   /*printf, perror*/
#include<assert.h>  /*assert*/
#include<stdlib.h>  /*realloc*/
#include<stdbool.h> /*bool*/typedef int STDataType;  //类型重命名，栈中元素类型先假设为inttypedef struct Stack
{STDataType* a;  //指向动态开辟的数组int top;        //记录栈顶位置int capacity;   //栈的容量大小
}Stack;//初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
//销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);
//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType x);
//出栈
void StackPop(Stack* ps);
//检测栈是否为空，如果为空返回true，否则返回NULL
bool StackEmpty(Stack* ps);
//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);

这里重点讲解 Stack.c 中各个接口函数的实现。

1）栈的定义

下面是定长的静态栈的结构，实际中一般不实用，所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈

typedef int STDataType;  //类型重命名，栈中元素类型先假设为int
#define N 20struct Stack
{STDataType a[N];  //定长数组int top;          //记录栈顶位置
}SqStack;

支持动态增长的栈

假设栈的容量 capacity 为 5，定义空栈时 top = -1，当栈存在一个元素时 top = 0

typedef int STDataType;  //类型重命名，栈中元素类型先假设为inttypedef struct Stack
{STDataType* a;  //指向动态开辟的数组int top;        //记录栈顶位置int capacity;   //栈的容量大小
}Stack;

2）栈的初始化

//初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = -1;ps->capacity = 0;
}

3）栈的销毁

//销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);if (ps->a){free(ps->a);}ps->a = NULL;ps->top = -1;ps->capacity = 0;
}

4）入栈

//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity - 1)  //检查栈空间是否满了{//如果栈原始容量为0，新容量设为4，否则设为原始容量的2倍int newcapacity = (ps->capacity == 0) ? 4 : (ps->capacity) * 2;//扩容至新容量STDataType* temp = realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (temp == NULL){perror("realloc");exit(-1);}ps->a = temp;//更新容量ps->capacity = newcapacity;}ps->top++;           //栈顶指针加一ps->a[ps->top] = x;  //将新增元素放入栈顶空间
}

5）出栈

//出栈
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(ps->top != -1);  //栈不能为空ps->top--;  //栈顶指针减一
}

6）检测栈是否为空

//检测栈是否为空，如果为空返回true，否则返回NULL
bool StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == -1;
}

7）获取栈中有效元素个数

//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top + 1;
}

8）获取栈顶元素

//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));  //栈不能为空return ps->a[ps->top];
}

（3）测试栈的功能

栈的实现，不能像顺序表一样，去实现一个打印函数来遍历栈并输出，这样就不符合栈的特点了（只能在栈顶插入删除，后进先出），所以我们这样来实现出栈：获取并打印栈顶元素，再删除栈顶元素，继续获取新的栈顶元素。

void TestStack()  //测试函数
{Stack s;//初始化栈StackInit(&s);//入栈StackPush(&s, 1);StackPush(&s, 2);StackPush(&s, 3);StackPush(&s, 4);StackPush(&s, 5);//出栈while (!StackEmpty(&s)){printf("%d ", StackTop(&s));  //获取栈顶元素StackPop(&s);}printf("\n");//销毁栈StackDestroy(&s);
}

运行结果

大家快去动手实现一下吧

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