【数据结构】C语言实现栈

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前言

在前几期的学习中，我们认识了顺序表和链表这两种线性表，而在本期学习中，我们将会认识别的线性表。跟随我们的脚本，看看栈和队列有怎样的特点。

1. 栈

1.1 栈的概念

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。

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 栈的结构

2. 栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

2.1 栈的初始化

我们将结构体的所有元素都初始化为0。这里与我们在顺序表中的初始化不同，在顺序表中我们在初始化时就开辟了空间，下面我们会介绍另一种方式。

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	pst->top = 0;
}

2.2 入栈

在进栈时可能遇到容量为零，所以我们使用一个条件判断，来确定容量。因为top为0，所以它表示的是下一个元素的下标，要先赋值，再top++。

void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);

	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = calloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("calloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

malloc 和 realloc 开辟空间的区别就是 realloc 要传递一个指针，而当我们给 realloc 传递一个空指针，那么它的功能就和 malloc 相同。

2.3 出栈

出栈只需要将 top --就访问不到这个元素了。在出栈时我们要判断栈中是否还有元素。

void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);

	pst->top--;
}

2.4 读取栈顶元素

栈顶元素就是我们插入的最后一个元素。由于top表示的是下一个元素的下标，所以读取栈顶元素是top要减1。

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);

	return pst->a[pst->top - 1];
}

2.5 判断栈空

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top == 0;
}

2.6栈的销毁

这里使用的内存是动态开辟的，因此在我们使用完后要及时释放掉内存，否则会造成内存泄漏。

void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);

	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

3. 栈完整源代码

Stack.h

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 标识栈顶位置的
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst);//初始化

void STDestroy(ST* pst);//销毁

void STPush(ST* pst, STDataType x);//入栈

void STPop(ST* pst);//出栈

STDataType STTop(ST* pst);//读取栈顶元素

bool STEmpty(ST* pst);//判断栈空

Stack.c

#include"Stack.h"

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	pst->top = 0;
}

void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);

	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);

	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = calloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("calloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);

	pst->top--;
}

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);

	return pst->a[pst->top - 1];
}

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top == 0;
}