【数据结构】C++语言实现栈(详细解读)

news/2024/5/19 19:41:07

c语言中的小小白-CSDN博客c语言中的小小白关注算法,c++,c语言,贪心算法,链表,mysql,动态规划,后端,线性回归,数据结构,排序算法领域.https://blog.csdn.net/bhbcdxb123?spm=1001.2014.3001.5343

给大家分享一句我很喜欢我话：

知不足而奋进，望远山而前行！！！

铁铁们，成功的路上必然是孤独且艰难的，但是我们不可以放弃，远山就在前方，但我们能力仍然不足，所有我们更要奋进前行！！！

今天我们更新了栈内容，

🎉 欢迎大家关注🔍点赞👍收藏⭐️留言📝

什么是栈

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。
栈的结构:

实现栈的方式:

实现栈的方式有两种: 顺序表和链表

链表的优缺点:

优点:

        1、任意位置插入删除O(1)

        2、按需申请释放空间

缺点:

        1、不支持下标随机访问

        2、CPU高速缓存命中率会更低

顺序表的优缺点:

优点:1、尾插尾删效率不错。

2、下标的随机访问。

3、CPU高速缓存命中率会更高

缺点:

1、前面部分插入删除数据，效率是O(N)，需要挪动数据。

2、空间不够，需要扩容。a、扩容是需要付出代价的 b、一般还会伴随空间浪费。

综上所述,用顺序表实现栈更好。

栈的实现

a.头文件的包含

#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
#include<stdio.h>

b.栈的定义

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;//栈顶int capacity;//栈的容量
}ST;

c.接口函数

// 初始化栈
void STInit(ST* pst); // 入栈
void STPush(ST* pst, STDataType data); // 出栈
void STPop(ST* pst); // 获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst); // 获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* pst); // 检测栈是否为空，如果为空返回true,如果不为空返回false
bool STEmpty(ST* pst); // 销毁栈
void STDestroy(ST* pst);

接口函数的实现

1.栈的初始化

pst->top表示栈的顶部指针，通常情况下，它指向栈顶元素的下一个位置,而不是指向当前栈顶元素。通过 pst->top 可以确定栈中元素的个数,打印的时候记得将 top - 1。

void STInit(ST* pst)
{assert(pst);//防止敲代码的人传过来是NULL指针pst->a = NULL;//栈底//top不是数组下标,不能理解成数组下标,因为栈只能拿到栈顶的元素，而数组可以随机访问拿到中间元素//pst->top=-1;//指向栈顶元素pst->top = 0;//指向栈顶元素的下一个位置pst->capacity = 0;}

2.销毁栈

void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;
}

3.入栈

这里我们会运用到三目运算符

 
void STPush(ST* pst,STDataType x)
{if (pst->top == pst->capacity){int newCapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newCapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;//返回的是realloc出来的内存块的地址pst->capacity = newCapacity;//把扩容后的空间大小赋值给栈容量}pst->a[pst->top] = x;//先放值pst->top++;//再++
}

4.检测栈是否为空

bool STEmpty(ST* pst)//栈为空返回true,不为空返回false
{//写法一//assert(pst);//if (pst->top == 0)//{//	return true;//}//else//{//	return false;//}//写法二return pst->top == 0;
}

当栈为空时，表示栈中没有任何元素。此时，栈顶指针 top 的值通常被设置为特定的初始值（例如0或-1），指向栈底或栈外。在这种情况下，栈顶指针没有指向有效的元素，因此栈被认为是空的。
当栈非空时，表示栈中至少有一个元素。此时，栈顶指针top的值指向栈顶元素的位置。栈顶元素是最后一个被入栈的元素，也是最先被访问或移除的元素。只要栈中有元素存在，栈顶指针都会指向有效的位置。

5.出栈

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

6.获取栈顶元素

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

7.获取栈中有效元素个数

int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}

完整代码：

Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"
void TestStack1()
{ST st;STInit(&st);STPush(&st, 1);STPush(&st, 2);STPush(&st, 3);STPush(&st, 4);while (!STEmpty(&st)){printf("%d ", STTop(&st));//栈顶元素STPop(&st);}STDestroy(&st);
}
void TestStack2()
{ST st;STInit(&st);STPush(&st, 1);STPush(&st, 2);printf("%d ", STTop(&st));STPush(&st, 3);STPush(&st, 4);printf("\n");printf("%d ", STTop(&st));//printf("%d", STSize(&st));//while (!STEmpty(&st))//{//	printf("%d ", STTop(&st));//栈顶元素//	STPop(&st);//}STDestroy(&st);
}
void TestStack3()
{ST st;STInit(&st);STPush(&st, 1);STPush(&st, 2);STPush(&st, 3);STPush(&st, 4);//printf("%d", STSize(&st));STDestroy(&st);
}int main()
{TestStack1();//入栈出栈//TestStack2();//获取栈顶元素//TestStack3();//计算栈中有效元素个数 return 0;
}

Stack.h

#pragma once
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
#include<stdio.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;//栈顶的位置int capacity;//栈的容量
}ST;void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);
void STPush(ST* pst,STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);
bool  STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST*pst);

Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;//栈底//top不是下标//pst->top=-1;//指向栈顶元素pst->top = 0;//指向栈顶元素的下一个位置pst->capacity = 0;}void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;
}void STPush(ST* pst,STDataType x)
{if (pst->top == pst->capacity){int newCapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;//true,4.false,括2倍STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newCapacity * sizeof(STDataType));//返回值地址相等就是原地扩容，不同就是异地扩if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;//返回的是realloc出来的内存块的地址pst->capacity = newCapacity;//把扩容后的空间大小赋值给栈容量}pst->a[pst->top] = x;//先放值pst->top++;//再++
}void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));pst->top--;
}STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];
}bool STEmpty(ST* pst)//栈为空返回true,不为空返回false
{//assert(pst);//if (pst->top == 0)//{//	return true;//}//else//{//	return false;//}return pst->top == 0;
}
int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}