数据结构----栈

前言

Hello,小伙伴们,今天我们继续数据结构的学习,前面我们学习了顺序表和链表的实现,今天的栈知识也是和前面的知识相辅相成。

如果你喜欢我的内容的话,就请不要吝啬自己手中的三连哟,万分感谢!!好,废话不多说,开始我们今天的正题。

1.栈的概念和结构

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的操作。进行数据插入和数据删除的一端,我们称之为栈顶,另一端我们称之为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出的原则(Last In First Out)

压栈:栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈,入数据在栈顶;

出栈:栈的删除操作就叫做出栈。出数据也在栈顶。

栈的底层结构选型:

栈的实现一般可以使用数组或者链表,相对而言数组的结构要更加的简洁。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

2.栈的实现

更前几期的数据结构实现一样,我们还是先在VS2022上创建三个文件:

2.1 栈的定义:

 前面我们说到,栈的底层结构我们采用数组的方式是最好的,所以我们可以怎样来定义栈呢?

诶,我们是不是可以想到我们之前学习过的顺序表呢,他们们的底层逻辑都可以通过数组来实现,整体功能大同小异。

那我们就来试试这样定义栈的结构:

typedef int SDataType;
typedef struct Stack
{
	SDataType* arr;
	int capacity;
	int top;
}stack;

 而在实现栈的功能时我们只要注意,栈的数据插入和数据删除都只是在一端进行就好了!!

2.2 栈的初始化

初始化栈,我们应当怎么来做呢?

我们先来看实现该功能的函数:


2.2.1  void InitStack(stack* ps)函数的定义和实现

/首先实现栈的初始化
void InitStack(stack* ps);

看到这这里有没有人觉得很熟悉呢?

对,其实这里的初始化就是和顺序表的初始化一样的所以开始的时候,我们需要

将 ps->arr置为NULL 

ps->capacity = ps->top = 0;

函数我们就可以这样实现:
 

//首先实现栈的初始化
void InitStack(stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

2.2.2 函数功能测试

2.3压栈的实现

2.3.1  void StackPush(stack* ps, SDataType x)的定义和实现

其实,压栈的函数和前面我们遇到的顺序表和链表的实现大致相同:

我们先来看压栈函数的定义:

//实现入栈操作
void StackPush(stack* ps, SDataType x);

再来看看函数的实现逻辑:
在这里我们还是要注意,插入数据的前提就是必须要有足够的空间来存储数据。

所以我们还是要用到CheckCapacity函数来检查存储空间

还不了解这个函数的同学,可以看看我往期的文章中关于顺序表的尾插,里面对该函数有介绍:

文章链接为:http://t.csdnimg.cn/sHzPc

void CheckCapacity(stack* ps)
{
	if (ps->capacity == ps->top)
	{

		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		SDataType* newstack = (SDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(SDataType));
		if (newstack == NULL)
		{
			perror("CheckCapacity, realloc:");
			exit(1);
		}
		ps->arr = newstack;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
}

//实现入栈操作
void StackPush(stack* ps, SDataType x)
{
	assert(ps);
	CheckCapacity(ps);
	ps->arr[ps->top++] = x;//ps->表示栈中有效数据的个数,每插入数据一次,ps->top就+1
}

2.3.2压栈函数的测试: 

 

2.4 出栈函数的实现

2.4.1 void StackPop(stack* ps)函数的定义和实现

//出栈函数的实现
void StackPop(stack* ps);

实现出栈函数其实就和顺序表元素的尾删相似:

 在这里我们需要注意尾删的前提就是必须要有数据可删

bool IsEmpty(stack *ps)
{
	return ps->top == 0;
}
//出栈操作只能在栈顶进行
void StackPop(stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!IsEmpty(ps));
	ps->top--;
}

 

出栈,就是将当前的栈顶元素排除在有效的数据范围之外,使栈不再包含该数据,在后面插入数据时,新的数据会直接将原来的数据覆盖,不会对栈产生什么影响。

2.4.2 出栈函数的测试:

 2.5获取栈顶元素

2.5.1 GetTop(satck* ps)函数的定义和实现

定义:

SDataType GetTop(stack *ps);

 实现:

SDataType GetTop(stack* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}

得到栈顶元素十分的简单,这里实现他,是为下面一个能够展示栈的重要特性的函数的实现做好铺垫!!

2.5.2 获取栈顶元素测试:

2.6 展示栈中的元素

 2.6.1 StackShow 函数的定义和实现

定义:

void StackShow(stack* ps);

实现:

注意:根据栈的特性,栈中的数据不能被遍历也不能被随机访问,只能从栈顶依次取出。

void StackShow(stack* ps)
{
	assert(ps);
//所以在ps->不为NULL的前提下,依次出栈,使所有的数据都有机会成为栈顶元素,这样才能被取出
//这是栈结构的特性!!!
	while (!IsEmpty(ps))
	{
		SDataType data = GetTop(ps);
		printf("%d ", data);
		StackPop(ps);
	}
}

因此,一个栈的数据只能展示一次,之后,栈中的数据全部出栈,失去了访问权限!!

2.6.2 栈元素展示测试:

 

 接下来我们来实现最后一个栈函数。

2.7 获取栈中元素的个数

这个函数的实现十分的简单,因为栈中的元素个数就是ps->top

定义:

SDataType StackCount(stack* ps);

实现:

SDataType StackCount(stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

2.7.1 StackCount 函数的测试

到这里,栈的结构就是实现完了,虽然栈相比于前的链表和顺序表要简单,但他在数据结构中的地十分的重要,在后面的学习中,我们经常会使用栈来解决问题,所以大家一定要认真地理解栈!! 

结语

今天关于栈的学习就到这里,如果你喜欢我的内容就请不要吝啬自己的三连哟!!

咱们下期再见!!!

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