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个人专栏 : 《数据结构》 《C语言》

文章目录

  • 前言
  • 一、栈的实现思路
    • 1. 结构的定义
    • 2. 初始化栈(StackInit)
    • 3. 入栈(StackPush)
    • 4. 出栈(StackPop)
    • 5. 获取栈顶元素(StackTop)
    • 6. 检查栈是否为空(StackEmpty)
    • 7. 销毁栈(StackDestroy)
  • 二、代码实现
  • 总结

前言

栈:一种特殊的线性结构,其只允许在一端进行插入,删除数据。允许操作数据的一端被称为栈顶,另一端被称为栈底
本篇博客将要实现的是数组栈


一、栈的实现思路

对于栈的特殊性,用数组(在数组尾部插入删除数据) 和 链表(头插头删数据)实现栈的时间复杂度都是O(1),难度不大。
数组栈的优劣

  • 数组支持随机访问(用下标访问数据),许多算法需要随机访问的支持,如二分法…
  • 缓存利用率高

  • 空间不够时要扩容
  • 有时会造成空间浪费

1. 结构的定义

栈的结构非常简单
一个指向动态开辟空间的指针,一个记录实际空间大小的变量,一个记录栈顶元素的下标即可。

typedef int STDataType;typedef struct Stack{STDataType* data;int top;//栈顶下标int capacity;//空间大小}Stack;

2. 初始化栈(StackInit)

data指针指向动态开辟的空间,capacity记录此时空间大小,top置为0。

  • top 置0,表示栈顶数据将要插入的位置。
  • top 置-1,表示此时栈顶数据的位置。

这里,采用top 置0。

//初始化栈#define SIZE 4void StackInit(Stack* ps){assert(ps);ps->data = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * SIZE);if (ps->data == NULL){perror("malloc");exit(-1);}ps->top = 0;ps->capacity = SIZE;}

3. 入栈(StackPush)

因为top初始化为0,所以直接在top下标处入数据即可。但要注意,在入数据前要检查容量,如果top == capacity 要扩容。

  • 此处检查容量的操作,可以封装成一个函数,但没必要,因为栈的操作只有入栈要检查容量,其它的操作并不需要检查容量,封装成一个函数反而效率减低了(函数的调用要形成函数栈帧)。

//入栈void StackPush(Stack* ps, STDataType x){assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * (ps->capacity * 2));if (tmp == NULL){perror("realloc");exit(-1);}ps->data = tmp;ps->capacity *= 2;}ps->data[ps->top] = x;ps->top++;}

4. 出栈(StackPop)

top 表示的是栈顶数据将要入栈的位置,那么出栈操作,只需要让top 减 1即可。(下次入栈数据会直接覆盖)
但要注意,top = 0 时,表示栈内没有数据,不能进行出栈操作。

  • 出栈操作不能获取数据

//出栈void StackPop(Stack* ps){assert(ps);assert(ps->top != 0);ps->top--;}

5. 获取栈顶元素(StackTop)

top 指向的是数据将要入栈的位置,也就是栈顶数据的下一个位置。
那么要获取栈顶数据,只需要读取top – 1处即可。但要注意,如果top = 0,那么top – 1 = -1,会越界访问,所以top = 0 时,不能获取栈顶元素。

//获取栈顶元素STDataType StackTop(Stack* ps){assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->data[ps->top - 1];}

6. 检查栈是否为空(StackEmpty)

top 指向的是数据将要入栈的位置,其数值也表示栈内数据个数。
所以我们只需要进行 top == 0 的判断,即可知道栈是否为空。

//检查栈是否为空bool StackEmpty(Stack* ps){assert(ps);return ps->top == 0;}

7. 销毁栈(StackDestroy)

free掉动态开辟的空间,使capacity 置 0,top 置 0。

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

二、代码实现

Stack.h 文件存放的是函数的声明,头文件的引用,结构体的定义
Stack.c 文件存放的是函数的实现

//Stack.h文件#pragma once#include #include #include #include #define SIZE 4typedef int STDataType;typedef struct Stack{STDataType* data;int top;int capacity;}Stack;//初始化栈void StackInit(Stack* ps);//入栈void StackPush(Stack* ps, STDataType x);//出栈void StackPop(Stack* ps);//获取栈顶元素STDataType StackTop(Stack* ps);//检查栈是否为空bool StackEmpty(Stack* ps);//销毁栈void StackDestroy(Stack* ps);

//Stack.c文件#include "Stack.h"//初始化栈void StackInit(Stack* ps){assert(ps);ps->data = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * SIZE);if (ps->data == NULL){perror("malloc");exit(-1);}ps->top = 0;ps->capacity = SIZE;}//入栈void StackPush(Stack* ps, STDataType x){assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * (ps->capacity * 2));if (tmp == NULL){perror("realloc");exit(-1);}ps->data = tmp;ps->capacity *= 2;}ps->data[ps->top] = x;ps->top++;}//出栈void StackPop(Stack* ps){assert(ps);assert(ps->top != 0);ps->top--;}//获取栈顶元素STDataType StackTop(Stack* ps){assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->data[ps->top - 1];}//检查栈是否为空bool StackEmpty(Stack* ps){assert(ps);return ps->top == 0;}//销毁栈void StackDestroy(Stack* ps){assert(ps);free(ps->data);ps->top = 0;ps->capacity = 0;}

总结

以上就是我对于栈的实现。