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C语言中栈的结构和函数接口的使用示例

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一、栈的结构

栈:一种操作受限的线性表,只允许在线性表的一端进行插入和删除操作,进行插入删除的一端称作栈顶,另一端称之为栈底

通过动态顺序表的实现,可以发现在对数组进行尾插尾删时效率很高, 因此栈可以用数组实现,将数组的尾部作为栈顶, 结构如下:

通过单链表的实现,可以发现在对链表进行头插头删时效率很高,因此也可以用链表来实现,将单链表的头结点作为栈顶,结构如下:

综合考虑:数组的实现方法更优,本篇以数组的方式介绍栈的结构和函数接口

//栈的元素类型
typedef int StackDataType;
//栈的结构
typedef struct Stack
{
	StackDataType* a;	//存放元素的数组
	int top;	//指向栈顶元素的下一个位置
	int capacity;	//容量
}Stack;

二、栈的函数接口

1. 初始化和销毁

初始时给栈分配一些空间,并将 top置为 0,代表指向栈顶元素的下一个位置

初始化函数如下:

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//开辟空间
	ps->a = (StackDataType*)malloc(sizeof(StackDataType) * 4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

栈是动态开辟的,不用时需要销毁

销毁函数如下:

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

2. 入栈和出栈

入栈:在栈顶插入元素,当空间不够时需要扩容

入栈函数如下:

void StackPush(Stack* ps, StackDataType x)
{
	assert(ps);
	//空间不够时,需要扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		StackDataType* tmp = (StackDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(StackDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	//top 指向栈顶元素的下一个位置,因此 top 先插入数据,然后再自增
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

出栈:删除栈顶元素

出栈函数如下:

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//栈为空时不能删除,这里直接调用判空函数
	assert(!StackEmpty(ps));	
	ps->top--;
}

3. 访问栈顶元素以及判空和元素个数

返回栈顶元素函数如下:

StackDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//栈为空时不能取栈顶元素,这里直接调用判空函数
	assert(!StackEmpty(ps));
	//top 指向栈顶元素的下一个,所以需要-1
	return ps->a[ps->top - 1];
}

判空函数如下:

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

元素个数函数如下:

size_t StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	//top 即为元素个数
	return ps->top;
}

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