栈及其接口实现
创始人
2025-05-31 14:13:38
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全文目录

  • 引言
  • 栈
    • 介绍
    • 接口实现
      • 栈的初始化与销毁
      • 判断栈是否为空
      • 计算栈中元素个数
      • 在栈顶压栈
      • 在栈顶出栈
      • 访问栈顶元素
  • 总结

引言

我们之前了解的顺序表与链表两种数据结构都是线性表的一种,它们都有各自的特点:
戳我康顺序表详解哦
戳我康链表详解哦
在这篇文章中将介绍另一种线性结构:栈

栈

介绍

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LIFO(Last In First Out)的原则。

在栈顶插入元素称为压栈;在栈顶删除元素称为出栈。

访问元素时,只能访问栈顶的元素。比如在栈中依次存压入了1、2、3、4这4个数据,当要删除元素时,只能从栈顶依次删除4、3、2、1。当然也可以压一个数据出一个数据:压入1在删除1,压入2再删除2,压入3再删除3,压入4再删除4,就可以实现以1、2、3、4的顺序访问。
在这里插入图片描述
需要注意的是,数据结构的栈与内存中的栈区是两个概念,不要将它们混淆了。

接口实现

我们可以选择以数组为底层来实现栈,因为数组是一块连续的空间,在不需要头插的情况下,数组有着很高的效率。
由于静态数组的容量固定,所以可以使用动态数组来实现:

我们可以将想要存储的数据类型重命名为STDataType,这样在想要改变类型时就会很方便:

typedef int STDataType;

类似于顺序表,我们可以将存放数据的数组以及其他的数据,包括栈中元素的个数与栈的容量,放在一个结构体中,创建一个结构体变量。方便起见可以将这个结构体重命名为ST:

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

定义了结构体变量后,我们首先创建一个ST类型的结构体变量st(动态开辟一块空间来创建st变量),然后我们就可以对st变量中的成员进行初始化,然后存储数据:

栈的初始化与销毁

初始化栈的函数参数类型为ST*,即结构体指针。
在初始化时,首先为存放数据的数组动态开辟一块空间,a成员为这个数组的首元素地址。并判断是否成功开辟;
然后将capacity初始化为10,即初始容量为10;
然后将top初始化为0,即初始栈中的元素个数为0:

//栈的初始化与销毁
void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = (STDataType*)malloc(10 * sizeof(STDataType));assert(ps);ps->capacity = 10;ps->top = 0;
}

销毁栈时,我们需要释放动态开辟的两块空间:为结构体变量st开辟的空间以及为数组开辟的空间。
除此之外也可以将capacity与top改为0,将指针a改为NULL:

void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->capacity = 0;ps->top = 0;ps->a = NULL;free(ps);
}

判断栈是否为空

在许多时候,我们都需要知道栈是否为空。比如在出栈时、访问栈顶元素时等。

要判断栈是否为空,只需要判断top的值,top的值就代表着栈中元素的个数。
若top不为0,栈非空,返回false;若top为0,栈为空,返回true:

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);if (ps->top){return false;}else{return true;}
}

计算栈中元素个数

计算栈中元素个数时,只需要返回top即可:

//计算栈中元素个数
int STSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}

在栈顶压栈

压栈函数的参数除了有结构体指针外,还有想要插入的数据x。

在栈顶压栈时,首先需要判断栈空间是否已满:
我们可以通过比较top与capacity来判断,即栈中元素的个数与栈容量:若top等于capacity,即栈已经满了,需要使用realloc函数扩容并判断是否成功扩容。若成功,让a指向新空间,将capacity改为新的容量。

然后就可以将a数组中下标为top的位置改为x,然后top++:

//压栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(ps->a, (ps->capacity + 10) * sizeof(STDataType));assert(ptr);ps->a = ptr;ps->capacity += 10;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}

在栈顶出栈

在栈顶出栈时,首先要判断栈是否为空:我们可以使用前面实现的STEmpty函数。
然后直接将top–,即可实现删除栈顶的元素:

//出栈
void STPop(ST* ps)
{assert(ps && STEmpty(ps) == 0);ps->top--;
}

访问栈顶元素

访问栈顶元素时,首先要判断栈是否为空:我们可以使用前面实现的STEmpty函数。
然后直接返回a数组中下标为top-1的元素即可。

需要注意的是,由于top是元素的个数,所以top-1才是最后一个元素的下标

//访问栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps && STEmpty(ps) == 0);return ps->a[ps->top - 1];
}

总结

到此,关于栈的介绍以及接口实现就就结束了

如果大家认为我对某一部分没有介绍清楚或者某一部分出了问题,欢迎大家在评论区提出

如果本文对你有帮助,希望一键三连哦

希望与大家共同进步哦

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