【数据结构】线性表之《栈》超详细实现

一.栈的概念及结构

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。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。
出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。

二.顺序栈与链栈

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上
插入数据的代价比较小。那是为什么？且听下文分解。

1.顺序栈

2.链栈

1.单链表栈

将栈顶与栈低换个位置可以解决该问题，如下图：

2.双链表栈

1. 由于双向链表比单链表多一个指针，基于节省内存的原由单链表优于双向链表。
2. 数组的效率更优于单链表，原因：链表每一次插入一个数据都要申请一个节点，每次删除一个数据都要释放一个节点，且顺序栈包含数据+容量+栈顶，而链栈包含数据+指针，每个数据都要包含指针，顺序栈较于连栈会省一些内存。

接下来我将实现最优的——>顺序栈

三.顺序栈的实现

会写顺序表，那么实现顺序栈会非常轻松，这里就不一一介绍了，直接上代码。

1.栈的初始化

void StackInit(ST* ps)
{assert(ps);//断言ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}

2.检查栈的容量

void CheckCapacity(ST* ps)
{assert(ps);//栈满if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType) * newCapacity);if (tmp == NULL)//空间开辟失败{perror("realloc fail!");exit(-1);//退出程序}//空间开辟成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}
}

3.入栈

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);CheckCapacity(ps);ps->arr[ps->top] = x;ps->top++;
}

4.出栈

void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);//栈空，无法出栈，否则下标越界ps->top--;
}

5.获取栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->arr[ps->top - 1];
}

6.栈的大小

int StackSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}

7.栈的判空

bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}

8.栈的清空

void StackClear(ST* ps)
{assert(ps);ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}

9.栈的销毁

void StackDestory(ST* ps)
{assert(ps);StackClear(ps);free(ps->arr);ps->arr = NULL;
}

四.模块化源代码

1.Stack.h

//#pragma once 防止头文件被重复包含
#ifndef __STACK_H__
#define __STACK_H__#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* arr; //栈空间的首地址int top;         //栈顶int capacity;    //容量
}ST;void StackInit(ST* ps);//栈的初始化void CheckCapacity(ST* ps);//检查栈的容量void StackPush(ST* ps, STDataType x);//入栈void StackPop(ST* ps);//出栈STDataType StackTop(ST* ps);//获取栈顶元素int StackSize(ST* ps);//获取栈的长度bool StackEmpty(ST* ps);//栈的判空void StackClear(ST* ps);//栈的清空void StackDestory(ST* ps);//栈的销毁#endif

2.Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"Stack.h"void StackInit(ST* ps)
{assert(ps);//断言ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}void CheckCapacity(ST* ps)
{assert(ps);//栈满if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDataType) * newCapacity);if (tmp == NULL)//空间开辟失败{perror("realloc fail!");exit(-1);//退出程序}//空间开辟成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}
}void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);CheckCapacity(ps);ps->arr[ps->top] = x;ps->top++;
}void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);//栈空，无法出栈，否则下标越界ps->top--;
}STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->arr[ps->top - 1];
}int StackSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}void StackClear(ST* ps)
{assert(ps);ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}void StackDestory(ST* ps)
{assert(ps);StackClear(ps);free(ps->arr);ps->arr = NULL;
}

3.test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"Stack.h"enum
{EXIT,PUSH,POP,TOP,SIZE,EMPTY,CLEAR
};void Menu()
{printf("***************栈**************\n");printf("****1.入栈           2.出栈****\n");printf("****3.栈顶           4.大小****\n");printf("****5.判空           6.清空****\n");printf("****0.退出               ******\n");printf("*******************************\n");
}int main()
{ST st;StackInit(&st);int select = 0;STDataType value;bool flag;do{Menu();printf("请选择您的操作：");scanf("%d", &select);switch (select){case EXIT:printf("退出栈!\n");break;case PUSH:printf("请输入您要入栈的值：");scanf("%d", &value);StackPush(&st, value);break;case POP:StackPop(&st);break;case TOP:value = StackTop(&st);printf("栈顶元素：%d\n", value);break;case SIZE:printf("栈的大小为：%d\n", StackSize(&st));break;case EMPTY:flag = StackEmpty(&st);if (flag){printf("栈为空!\n");}else{printf("栈不为空!\n");}break;case CLEAR:StackClear(&st);break;default:printf("输入错误，请重新输入！\n");break;}} while (select);StackDestory(&st);return 0;
}

创作不易，如果能帮到你的话能赏个三连吗？感谢啦！！！