数据结构之栈

目录

一、什么是栈

二、如何实现栈

三、栈的C语言实现

3.1 stack.h

3.2 stack.c

一、什么是栈

        栈（Stack）是一种数据结构，它遵循先进后出（LIFO）的原则。这意味着最后进入栈的元素会被最先移出。栈通常比较适合用于需要后进先出顺序访问元素的场景，比如函数调用、表达式求值、括号匹配等。

栈有两个基本操作：

1. 入栈（Push）：将元素压入栈顶。
2. 出栈（Pop）：从栈顶移出元素。

通常栈还会支持其他操作，比如：

• 栈顶元素访问（Top）：获取栈顶元素的值，但不移除它。
• 判空（isEmpty）：检查栈是否为空。
• 获取栈的大小（Size）：获取栈中元素的数量。

二、如何实现栈

        数组和链表都可以用来实现栈，它们各自有一些优势和劣势，选择哪种实现方式取决于具体的需求和应用场景。

1. 数组实现栈：

   • 优势：
     • 访问元素速度快，可以直接通过索引访问元素。
     • 内存连续，空间利用率高。
   • 劣势：
     • 插入和删除操作的时间复杂度为 O(n)，因为在数组中插入或删除元素可能需要移动其他元素。
     • 当栈的大小不确定时，可能会造成内存浪费或需要频繁的扩容和缩容操作。

2. 链表实现栈：

   • 优势：
     • 插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)，因为链表中插入或删除元素只需要修改指针，不需要移动其他元素。
     • 可以动态地分配内存，无需提前指定栈的大小。
   • 劣势：
     • 访问元素的时间复杂度为 O(n)，需要遍历链表到达目标元素。
     • 链表节点需要额外的指针空间。

因此，如果对于栈的主要操作是压入和弹出元素，并且栈的大小不会频繁变化，那么使用数组实现栈可能更合适。但如果栈的大小不确定，或者频繁执行插入和删除操作，那么使用链表实现栈可能更为适用。

三、栈的C语言实现

采用数组实现栈，其实现方式类似于顺序表的实现。

关于顺序表请见博主的另一篇博客：http://t.csdnimg.cn/GBkSQ

3.1 stack.h

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

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;    //数组
	int top;		//栈顶元素
	int capacity;	//数据个数
}ST;

//初始化
void STInit(ST* pst);
//销毁
void STDestroy(ST* pst);
//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* pst);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst);
//判空
bool STEmpty(ST* pst);
//获取数据个数
int STSize(ST* pst);

3.2 stack.c

#include "stack.h"

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	//top指向栈顶元素的下一个位置
	pst->top = 0;
	top指向栈顶元素的位置
	//pst->top = -1;
}

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

void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	//扩容
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = 0;
		if (pst->capacity == 0)
		{
			newcapacity = 4;
		}
		else
		{
			newcapacity = pst->capacity * 2;
		}
		STDataType* temp = (STDataType*)realloc(pst->a, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (temp == NULL)
		{
			perror("malloc");
			exit(1);
		}

		pst->a = temp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

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

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst>0);
	return pst->a[pst->top-1];
}

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}