数据结构——栈(C语言版)

前言：

在学习完数据结构顺序表和链表之后，其实我们就可以做很多事情了，后面的栈和队列，其实就是对前面的顺序表和链表的灵活运用，今天我们就来学习一下栈的原理和应用。

准备工作：本人习惯将文件放在test.c、SeqList.c、SeqList.h三个文件中来实现，其中test.c用来放主函数，SeqList.c用来放调用的函数，SeqList.h用来放头文件和函数声明

什么是队列？

栈的节点结构

栈的基本操作

1、初始化

2、销毁

3、插入元素

4、判断栈顶元素是否为空

5、删除元素

6、返回栈顶元素

7、栈中元素个数

完整的栈实例

总结

什么是队列？

队列中的数据是按照先进后出的顺序的，也就是说先进去的数字后出来

因为栈的这种性质，所以栈我们用顺序表来实现比链表方便很多，顺序表就可以实现尾插尾出，所以我们一般就采用顺序表来实现

栈的节点结构

队列采用的顺序表的结构，所以与顺序表差异不大

typedef int STDataType;
typedef struct stack
{STDataType* a;int top;         //指向栈元素下一位int capacity;
}ST;

栈的结构很简单，定义一个整形指针，一个表示容量和一个表示尾部元素的整形变量即可

栈的基本操作

//初始化
void STInit(ST* pst);
//销毁
void STDestroy(ST* pst);
//插入元素
void STPush(ST* pst, STDataType x);
//删除元素
void STPop(ST* pst);
//判断栈顶元素是否为空
bool STEmpty(ST* pst);
//找栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst);
//栈中元素个数
STDataType STSize(ST* pst);

看上面的函数声明部分我们就可以看到我们每一步要实现的内容，接下来，我们就来一步一步进行实现

1、初始化

//初始化
void STInit(ST* pst)
{pst->a = NULL;pst->capacity = 0;pst->top = 0;
}

2、销毁

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

3、插入元素

插入元素时要先检查空间是否够用，如果不够用要先进行扩容

//插入元素
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;STDataType* newnode = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (newnode == NULL){perror("STPush");return;}pst->a = newnode;pst->capacity = newcapacity;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}

4、判断栈顶元素是否为空

这一步在下面有用到，例如当删除栈顶元素时，如果栈顶元素为空就无法操作，所以需要判断栈顶元素是否为空

//判断栈顶元素是否为空
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}

5、删除元素

这里删除元素是删除栈顶元素，因为栈的特性是即出即删

//删除元素
void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));pst->top--;
}

6、返回栈顶元素

//找栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];
}

7、栈中元素个数

//栈中元素个数
STDataType STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->capacity;
}

完整的栈实例

SeqList.h

//实现栈
typedef int STDataType;
typedef struct stack
{STDataType* a;int top;         //指向栈元素下一位int capacity;
}ST;//初始化
void STInit(ST* pst);
//销毁
void STDestroy(ST* pst);
//插入元素
void STPush(ST* pst, STDataType x);
//删除元素
void STPop(ST* pst);
//判断栈顶元素是否为空
bool STEmpty(ST* pst);
//找栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst);
//栈中元素个数
STDataType STSize(ST* pst);

test.c

//实现栈
void test()
{ST st;STInit(&st);STPush(&st,1);STPush(&st, 2);STPush(&st, 3);STPush(&st, 4);while (!STEmpty(&st)){printf("%d ", STTop(&st));STPop(&st);}STDestroy(&st);
}
int main()
{test();return 0;
}

SeqList.c

//实现栈
//初始化
void STInit(ST* pst)
{pst->a = NULL;pst->capacity = 0;pst->top = 0;
}
//销毁
void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->capacity = pst->top = 0;
}
//插入元素
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;STDataType* newnode = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (newnode == NULL){perror("STPush");return;}pst->a = newnode;pst->capacity = newcapacity;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}
//判断栈顶元素是否为空
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}
//删除元素
void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));pst->top--;
}
//找栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];
}
//栈中元素个数
STDataType STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->capacity;
}