＜数据结构----栈(C语言版)＞

前言

本博客内容为数据结构中的一种类型----栈，大概讲解一下栈的概念，以及栈该如何去实现。

1. 栈的概念

栈是一种特殊的线性表，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(Last In First Out)的原则。

栈有两种基本操作：

• 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。

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。本文采用的是数组栈。

2.1 动态结构定义

typedef int STDataType;// typedef定义STDataType类型

typedef struct Stack
{
    int* a;       // 定义动态存储数组
    int top;      // 记录栈顶    
    int capacity; // 记录容量
}ST;

2.2 栈的初始化

void StackInit(ST* ps)
{
    assert(ps);

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

2.3 入栈

void StackPush(ST* ps, STDataType data)
{
    assert(ps);

    // 判断是否栈满，栈满则需要扩容
    if (ps->top == ps->capacity)
    {
        int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
        ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
        if (ps->a == NULL)
        {
            printf("realloc fail\n");
            exit(-1);
        }
        ps->capacity = newCapacity;
    }

    ps->a[ps->top++] = data;
}

2.3 出栈（压栈）

void StackPop(ST* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);
    
    ps->top--;
}

2.4 获取栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);

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

2.5 获取栈中有效元素个数

int StackSize(ST* ps)
{
    assert(ps);

    return ps->top;
}

2.6 检测栈是否为空

bool StackEmpty(ST* ps)
{
    assert(ps);

    return ps->top == 0;
}

2.7 栈的销毁

void StackDestroy(ST* ps)
{
    assert(ps);

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

3. 栈的使用

搞定所有栈的相关函数后，我们来建立一个text函数来测试一下，在这之前需要调用之前我们所定义的栈的相关函数。

void test()
{
    ST st;
    StackInit(&st);

    // 入栈
    StackPush(&st, 1);
    StackPush(&st, 2);
    StackPush(&st, 3);
    StackPush(&st, 4);
    StackPush(&st, 5);

    // 输出栈中的值，每输出一个，就出栈一个
    while (!StackEmpty(&st)) // 当栈为空时停止输出
     {
        printf("%d ", StackTop(&st));
        StackPop(&st);
    }

    StackDestroy(&st);
}

4. 完整源码

Stack.h

#pragma once

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

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
    int* a;
    int top;
    int capacity;
}ST;

// 初始化栈
void StackInit(ST* ps);
// 入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType data);
// 出栈
void StackPop(ST* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
bool StackEmpty(ST* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(ST* ps);

Stack.c

#include "Stack.h"

void StackInit(ST* ps)
{
    assert(ps);

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

void StackPush(ST* ps, STDataType data)
{
    assert(ps);

    if (ps->top == ps->capacity)
    {
        int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
        ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
        if (ps->a == NULL)
        {
            printf("realloc fail\n");
            exit(-1);
        }
        ps->capacity = newCapacity;
    }

    ps->a[ps->top++] = data;
}

void StackPop(ST* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);
    
    ps->top--;
}

STDataType StackTop(ST* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);

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

int StackSize(ST* ps)
{
    assert(ps);

    return ps->top;
}

bool StackEmpty(ST* ps)
{
    assert(ps);

    return ps->top == 0;
}

void StackDestroy(ST* ps)
{
    assert(ps);

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

test.c

#include "Stack.h"

void test()
{
    ST st;
    StackInit(&st);
    StackPush(&st, 1);
    StackPush(&st, 2);
    StackPush(&st, 3);

    printf("%d ", StackTop(&st));
    StackPop(&st);

    StackPush(&st, 4);
    StackPush(&st, 5);

    while (!StackEmpty(&st))
    {
        printf("%d ", StackTop(&st));
        StackPop(&st);
    }

    StackDestroy(&st);
}

int main()
{
    test();

    return 0;
}

5. 最终实现效果

后续内容等博主继续学习后分享给大家。请大家继续关注，不断督促，共同进步！