『初阶数据结构 • C语言』⑩ - 栈的概念和实现附完整源码

1.栈的概念及结构

栈存储数据的方式跟数组一样，都是将元素排成一行。只不过它还有以下 3 条约束。

  ● 只能在末尾插入数据。
  ● 只能读取末尾的数据。
  ● 只能移除末尾的数据。

你可以将栈看成一叠碟子：你只能看到最顶端那只碟子的碟面，其他都看不到。另外，要加碟子只能往上加，不能往中间塞，要拿碟子只能从上面拿，不能从中间拿（至少你不应该这么做）。绝大部分计算机科学家都把栈的末尾称为栈顶，把栈的开头称为栈底。

尽管这些约束看上去令人很拘束，但很快你就会发现它们带来的好处。

我们先从一个空栈开始演示。

往栈里插入数据，也叫作压栈。你可以想象把一个碟子压在其他碟子上的画面。

首先，将 5 压入栈中。

接着，将 3 压入栈中。

再将 0 压入栈中。

注意，每次压栈都是把数据加到栈顶（也就是栈的末尾）。如果想把 0 插入到栈底或中间，那是不允许的，因为这就是栈的特性：只能在末尾插入数据。

从栈顶移除数据叫作出栈。这也是栈的限制：只能移除末尾的数据。

来把栈中的一些数据弹出。

首先，弹出 0。 

接着，弹出 3。

这就剩下 5了。 

总结：

栈是一种特殊的线性表，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。 

2.栈的实现

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。

2.1栈的结构定义

1.  
   typedef int STDataType;
2.  
    
3.  
   typedef struct Stack
4.  
   {
5.  
   STDataType* a; //动态开辟数组
6.  
   int capacity; //记录栈的容量大小
7.  
   int top; //记录栈顶的位置
8.  
   }Stack;

2.2函数接口的实现

首先是在Stack.h文件中进行函数声明

Stack.h

1.  
   #pragma once
2.  
   #include<stdio.h>
3.  
   #include<stdlib.h>
4.  
   #include<assert.h>
5.  
   #include<stdbool.h>
6.  
    
7.  
   typedef int STDataType;
8.  
    
9.  
   typedef struct Stack
10.  
    {
11.  
    STDataType* a; //动态开辟数组
12.  
    int capacity; //记录栈的容量大小
13.  
    int top; //记录栈顶的位置
14.  
    }Stack;
15.  
     
16.  
    //栈的初始化
17.  
    void StackInit(Stack* ps);
18.  
    //释放动态开辟的内存
19.  
    void StackDestroy(Stack* ps);
20.  
    //压栈
21.  
    void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
22.  
    //出栈
23.  
    void StackPop(Stack* ps);
24.  
    //读取栈顶的元素
25.  
    STDataType StackTop(Stack* ps);
26.  
    //判断栈是否为空
27.  
    bool StackEmpty(Stack* ps);
28.  
    //栈存储的数据个数
29.  
    int StackSize(Stack* ps);

在Stack.c文件中进行函数的定义

Stack.c

1.  
   #define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE 1
2.  
   #include"Stack.h"
3.  
    
4.  
   void StackInit(Stack* ps)
5.  
   {
6.  
   assert(ps);
7.  
   //初始化时，可附初值，也可置空
8.  
   ps->a = NULL;
9.  
   ps->capacity = 0;
10.  
    ps->top = 0;
11.  
    }
12.  
     
13.  
    void StackDestroy(Stack* ps)
14.  
    {
15.  
    assert(ps);
16.  
    //若并未对ps->a申请内存，则无需释放
17.  
    if (ps->capacity == 0)
18.  
    return;
19.  
    //释放
20.  
    free(ps->a);
21.  
    ps->a = NULL;
22.  
    ps->capacity = ps->top = 0;
23.  
    }
24.  
     
25.  
    void StackPush(Stack* ps,STDataType data)
26.  
    {
27.  
    assert(ps);
28.  
    //若容量大小等于数据个数，则说明栈已满，需扩容
29.  
    if (ps->capacity == ps->top)
30.  
    {
31.  
    //若为第一次扩容，则大小为4，否则每次扩大2倍
32.  
    int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
33.  
    STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
34.  
    if (tmp == NULL)
35.  
    {
36.  
    perror("realloc fail");
37.  
    exit(-1);
38.  
    }
39.  
     
40.  
    ps->a = tmp;
41.  
    ps->capacity = newCapacity;
42.  
    }
43.  
    //压栈
44.  
    ps->a[ps->top] = data;
45.  
    ps->top ;
46.  
    }
47.  
     
48.  
    void StackPop(Stack* ps)
49.  
    {
50.  
    assert(ps);
51.  
    assert(!StackEmpty(ps));
52.  
    //出栈
53.  
    ps->top--;
54.  
    }
55.  
     
56.  
    STDataType StackTop(Stack* ps)
57.  
    {
58.  
    assert(ps);
59.  
    assert(!StackEmpty(ps));
60.  
    //返回栈顶的数据
61.  
    return ps->a[ps->top - 1];
62.  
    }
63.  
     
64.  
    bool StackEmpty(Stack* ps)
65.  
    {
66.  
    assert(ps);
67.  
    //返回top
68.  
    return ps->top == 0;
69.  
    }
70.  
     
71.  
    int StackSize(Stack* ps)
72.  
    {
73.  
    assert(ps);
74.  
    return ps->top;
75.  
    }

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