目录
一、数据结构中的栈
二、接口函数
三、栈的初始化
四、入栈
五、判断栈是否为空
六、出栈
七、栈顶元素及元素总数
八、顺序栈的销毁
一、数据结构中的栈
首先,栈(Stack)这个词在数据结构和操作系统两个学科中都有出现。
操作系统中:主要指函数栈帧、局部变量等开辟的位置,即内存上的栈区。
数据结构中:是一种后进先出的数据结构。数据的出入都从栈顶操作,如下图。
作为一种线性结构,栈可以用数组和链表模拟。
对于数组:可以将尾部作为栈顶,尾插即为入栈,尾删即为出栈,效率为O(N)。
对于单链表:可以将头部作为栈顶,头插即为入栈,头删即为出栈,效率也为O(N)。
从单纯的数据操作的效率角度看,二者基本相同。再考虑一下数组(顺序表)和链表各自的优势和劣势。
对于数组:支持随机访问,但需要增容操作。
对于单链表:不支持随机访问,缓存命中率较低。
综合来看,二者基本相同。但增容操作的损耗较小,我们习惯上使用数组来实现顺序栈。
二、接口函数
typedef char STDataType;
typedef struct STack
{
int capacity;
int top;
STDataType* a;
}ST;
//栈的初始化
void STInit(ST* ps);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps);
//写test函数时,写完init记得写上destroy,养成好习惯,防止内存泄漏
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//查看栈顶元素
STDataType Topval(ST* ps);
//检查栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//栈里有几个数据
int STSize(ST* ps);
三、栈的初始化
//栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->top = -1;
ps->capacity = 2;
ps->a = (STDataType*)malloc((ps->capacity) * sizeof(STDataType));
}
栈结构中包含3个成员,一个是capacity,用来衡量栈的容量,一个是top,用来取出栈顶元素,还有一个是指针a,指向存储数据的动态的数组。
这里我先给a数组开辟了2个元素大小的空间,因此ps->capacity即为2。
对于top的初始化有2种形式,-1和0。具体情况如下图。
top == 0时,指向的是栈顶的下一个元素,top本身也为栈中元素的个数。
top == -1时,指向的是栈顶的元素,是栈中元素个数-1。
top初始化定义的差别,会影响后续接口STTop和STSize的具体实现。
后面的代码我将以top == -1为例。
四、入栈
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
//判断是否需要增容
if ((ps->top) + 1 == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
if (NULL == tmp)
{
perror("realloc fail");
return;
}
printf("增容成功\n");
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->top++;
ps->a[ps->top] = x;
}
先判断是否需要增容,即当前栈中元素数top+1 是否和 capacity相等。
相等则利用realloc增容为原来的2倍,这里不要忘了将capacity进行更新,否则后续一直不会增容,但数据扔在往栈中放,此时访问就会导致越界。
top初始化为-1的情况下,先将top++到栈顶的下一个元素,再将x入栈。
五、判断栈是否为空
//检查栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == -1;
}
这里要看初始化的topinit为0还是-1,若此时的top == topinit 即为空,返回为真。
六、出栈
}
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!STEmpty(ps));
//assert(top>-1)也可以
//必须检查是否为空,否则删除过多后top为负值,此时再插入数据若还是负值,然后访问会导致越界
ps->top--;
//由于出栈是top--来实现的,实际上并没有把空间还给操作系统,只是访问不到,但没有归还权限
//因此在栈为空时,仍需要destroy
}
要先检查栈不为空,然后利用top--,使我们无法访问到栈顶的那个元素。
只要栈不为空,就拿出栈顶元素,此时若想拿到下一个,则必须进行pop出栈,直到全部出栈。
七、栈顶元素及元素总数
//查看栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->a[ps->top];
}
//栈里有几个数据
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top + 1;
}
根据top初始化不同,还可能返回ps->a[ps->top -1] 和 ps->top
查看栈顶元素返回值为STDataType
八、顺序栈的销毁
//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->top = -1;
ps->capacity = 0;
free(ps->a);
ps->a = NULL;
}