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顺序栈的实现

乄北城以北乀 2023-06-28 原文

目录

一、数据结构中的栈

二、接口函数

三、栈的初始化

四、入栈

五、判断栈是否为空

六、出栈

七、栈顶元素及元素总数

八、顺序栈的销毁


一、数据结构中的栈

        首先,栈(Stack)这个词在数据结构和操作系统两个学科中都有出现。

操作系统中:主要指函数栈帧、局部变量等开辟的位置,即内存上的栈区。

数据结构中:是一种后进先出的数据结构。数据的出入都从栈顶操作,如下图。

作为一种线性结构,栈可以用数组和链表模拟。

 

 

 对于数组:可以将尾部作为栈顶,尾插即为入栈,尾删即为出栈,效率为O(N)。

对于单链表:可以将头部作为栈顶,头插即为入栈,头删即为出栈,效率也为O(N)。

从单纯的数据操作的效率角度看,二者基本相同。再考虑一下数组(顺序表)和链表各自的优势和劣势。

对于数组:支持随机访问,但需要增容操作。

对于单链表:不支持随机访问,缓存命中率较低。

综合来看,二者基本相同。但增容操作的损耗较小,我们习惯上使用数组来实现顺序栈。

 

二、接口函数

typedef char STDataType;

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

//栈的初始化
void STInit(ST* ps);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps);
//写test函数时,写完init记得写上destroy,养成好习惯,防止内存泄漏

//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//查看栈顶元素
STDataType Topval(ST* ps);
//检查栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//栈里有几个数据
int STSize(ST* ps);

三、栈的初始化

//栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->top = -1;
	ps->capacity = 2;
	ps->a = (STDataType*)malloc((ps->capacity) * sizeof(STDataType));

}

栈结构中包含3个成员,一个是capacity,用来衡量栈的容量,一个是top,用来取出栈顶元素,还有一个是指针a,指向存储数据的动态的数组。

这里我先给a数组开辟了2个元素大小的空间,因此ps->capacity即为2。

对于top的初始化有2种形式,-1和0。具体情况如下图。 

 top == 0时,指向的是栈顶的下一个元素,top本身也为栈中元素的个数。

 top == -1时,指向的是栈顶的元素,是栈中元素个数-1。

top初始化定义的差别,会影响后续接口STTop和STSize的具体实现。

后面的代码我将以top == -1为例。

四、入栈

//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//判断是否需要增容
	if ((ps->top) + 1 == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (NULL == tmp)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		printf("增容成功\n");
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->top++;
	ps->a[ps->top] = x;

}

先判断是否需要增容,即当前栈中元素数top+1 是否和 capacity相等。

相等则利用realloc增容为原来的2倍,这里不要忘了将capacity进行更新,否则后续一直不会增容,但数据扔在往栈中放,此时访问就会导致越界。

top初始化为-1的情况下,先将top++到栈顶的下一个元素,再将x入栈。

 

五、判断栈是否为空

//检查栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == -1;

}

这里要看初始化的topinit为0还是-1,若此时的top == topinit 即为空,返回为真。

六、出栈

}
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	//assert(top>-1)也可以
	//必须检查是否为空,否则删除过多后top为负值,此时再插入数据若还是负值,然后访问会导致越界
	ps->top--;
	//由于出栈是top--来实现的,实际上并没有把空间还给操作系统,只是访问不到,但没有归还权限
	//因此在栈为空时,仍需要destroy

}

要先检查栈不为空,然后利用top--,使我们无法访问到栈顶的那个元素。

只要栈不为空,就拿出栈顶元素,此时若想拿到下一个,则必须进行pop出栈,直到全部出栈。 

七、栈顶元素及元素总数


//查看栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->a[ps->top];
}

//栈里有几个数据
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top + 1;

}

根据top初始化不同,还可能返回ps->a[ps->top -1] 和 ps->top

查看栈顶元素返回值为STDataType

 

八、顺序栈的销毁

//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->top = -1;
	ps->capacity = 0;
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;

}

 

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