初阶数据结构（C语言实现）——4.1栈

1.栈

1.1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

1.2 栈的实现

在VS2022中新建一个工程

• stack20250308.h（栈的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）
• stack20250308.c（栈的接口函数的实现）
• stackTest20250308.c（主函数、测试各个接口功能）

• 实现接口

// 支持动态增长的栈
typedef int  STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

// 初始化栈
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
// 入栈，插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
// 出栈，删除
void STPop(ST* ps);
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);
//检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool STEmpty(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

1.1.0 栈的初始化

// 初始化栈
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("STInit::malloc fail!");
		return;
	}
	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;//top是栈顶元素的下一个位置

	//ps->top =-1;//top是栈顶元素位置
}

1.1.1 销毁

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

1.1.2 入栈

// 入栈，插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tem = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * ps->capacity*2);//扩容当前的2倍
		if (ps->a == NULL)
		{
			perror("STInit::relloc fail!");
			return;
		}
		ps->a = tem;
		ps->capacity *= 2; //修改容量
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

1.1.3 出栈

// 出栈，删除
void STPop(ST* ps)

{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));//检查是否为空，为空就报错，
	ps->top--;//直接--，但是空栈的时候就不能继续--，所以在之前进行是否为空的检查。
}

1.1.4 获取栈中有效元素个数

//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top就是size
	return ps->top;
}

1.1.5 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0

//检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

1.1.6 获取栈顶元素

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->a[ps->top - 1];//top是最后一个元素的下一个位置，所以-1
}

1.1.7 验证

• 验证的时候，我们栈是不能打印的，我们需要一个一个出栈打印栈顶元素

void STTest()
{
    ST st;
    STInit(&st);
    STPush(&st, 1);
    STPush(&st, 2);
    STPush(&st, 3);
    STPush(&st, 4);
    STPush(&st, 5);

    while (!STEmpty(&st))
    {
        printf("%d ", STTop(&st));
        STPop(&st);
    }

    STDestroy(&st);

}

插入

删除

栈有效个数验证

附录 栈的C语言实现源码

.h文件

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

//静态的
//#define N 10
//typedef struct Stack
//{
//	int a[N];
//	int top;
//
//}Stack;

// 支持动态增长的栈
typedef int  STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
// 初始化栈
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
// 入栈，插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
// 出栈，删除
void STPop(ST* ps);
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);
//检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool STEmpty(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

.c文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack20250308.h"

// 初始化栈
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("STInit::malloc fail!");
		return;
	}
	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;//top是栈顶元素的下一个位置

	//ps->top =-1;//top是栈顶元素位置
}


//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}
// 入栈，插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tem = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType) * ps->capacity*2);//扩容当前的2倍
		if (ps->a == NULL)
		{
			perror("STInit::relloc fail!");
			return;
		}
		ps->a = tem;
		ps->capacity *= 2; //修改容量
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
// 出栈，删除
void STPop(ST* ps)

{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));//检查是否为空，为空就报错，
	ps->top--;//直接--，但是空栈的时候就不能继续--，所以在之前进行是否为空的检查。
}

//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//top就是size
	return ps->top;
}
//检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->a[ps->top - 1];//top是最后一个元素的下一个位置，所以-1
}

test.c文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack20250308.h"

void STTest()
{
    ST st;
    STInit(&st);
    STPush(&st, 1);
    STPush(&st, 2);
    STPush(&st, 3);
    STPush(&st, 4);
    STPush(&st, 5);
    STPop(&st);
    STPop(&st);
    int size = STSize(&st);
    printf("栈有效元素为：%d\n", size);
    while (!STEmpty(&st))
    {
        printf("%d ", STTop(&st));
        STPop(&st);
    }
    STDestroy(&st);
}

int main()
{
    STTest();
    return 0;
}