数据结构-------栈

顺序栈：

一、数据结构定义

1. 数据元素 DATATYPE

typedef struct person {
    char name[32];
    char sex;
    int age;
    int score;
} DATATYPE;

1. 顺序栈结构 SeqStack

typedef struct list {
    DATATYPE *head;  // 栈空间首地址
    int tlen;        // 栈总容量（total length）
    int top;         // 栈顶指针（相当于当前元素计数）
} SeqStack;

二、核心操作接口

1. 创建栈

SeqStack *CreateSeqStack(int size)
{
    SeqStack *ss = malloc(sizeof(SeqStack));
    if (NULL == ss)
    {
        perror("CreateSeqStack malloc error\n");
        return NULL;
    }
    ss->head = malloc(sizeof(DATATYPE) * size);
    if (NULL == ss)
    {
        perror("CreateSeqStack malloc2 error\n");
        return NULL;
    }
    ss->tlen = size;
    ss->top = 0;
    return ss;
}

• 实现要点：
  • 动态分配结构体内存
  • 分配连续存储空间：head = malloc(size * sizeof(DATATYPE))
  • 初始化tlen = size, top = 0

1. 销毁栈

int DestroySeqStack(SeqStack *ss)
{
    if (NULL == ss)
    {
        fprintf(stderr, "DestroySeqStack pamter error\n");
        return 1;
    }
    free(ss->head);
    free(ss);
    return 0;
}

• 内存释放顺序：
  1. 释放数据空间 free(ss->head)
  2. 释放控制结构 free(ss)

1. 入栈操作

int PushSeqStack(SeqStack *ss, DATATYPE *data) // add
{
    if (NULL == ss || NULL == data || IsFullSeqStack(ss))
    {
        fprintf(stderr, "PushSeqStack pamter error\n");
        return 1;
    }
    memcpy(&ss->head[ss->top], data, sizeof(DATATYPE));
    ss->top++;
    return 0;
}

• 实现流程：

if 栈未满：
    复制数据到ss->head[top]位置
    top++
    返回成功
else：
    返回失败

1. 出栈操作

int PopSeqStack(SeqStack *ss)
{
    if (NULL == ss)
    {
        fprintf(stderr, "PopSeqStack pamter error\n");
        return 1;
    }
    ss->top--;
    return 0;
}

• 实现逻辑：

if 栈非空：
    top--
    返回成功
else：
    返回失败

1. 判空操作

int IsEmpySeqStack(SeqStack *ss)
{
    return 0 == ss->top;
}

• 判断条件：top == 0

1. 判满操作

int IsFullSeqStack(SeqStack *ss)
{
    return ss->tlen == ss->top;
}

• 判断条件：top == tlen

1. 获取栈顶元素

DATATYPE *GetTopSeqStack(SeqStack *ss)
{
    if (NULL == ss || IsEmpySeqStack(ss))
    {
        fprintf(stderr, "GetTopSeqStack pamter error\n");
        return NULL;
    }
    return &ss->head[ss->top - 1];
}

• 注意点：
  • 返回ss->head[top-1]的地址
  • 需先判断栈是否为空

1. 获取栈大小

int GetSizeSeqStack(SeqStack *ss)
{
    if (NULL == ss )
    {
        fprintf(stderr, "GetSizeSeqStack pamter error\n");
        return 1;
    }
    return ss->top;
}

• 直接返回top值

三、存储结构示意图

栈底 → head[0]
       head[1]
       ...
栈顶 → head[top-1]  ← 当前有效元素
       head[top]    ← 下一个可用位置（当top<tlen时）
       ...
       head[tlen-1]

四、时间复杂度分析

五、优势与局限

1. 优势：

   • 随机访问特性，支持快速定位
   • 内存连续，缓存命中率高
   • 操作时间复杂度均为O(1)

2. 局限：

   • 固定容量，需要预先分配空间
   • 扩容成本高（需要重新分配内存）
   • 可能产生空间浪费（分配未使用的空间）

六、典型应用场景

1. 函数调用栈的实现
2. 表达式求值（中缀转后缀表达式）
3. 括号匹配检测
4. 浏览器的后退操作栈
5. 撤销/重做功能实现

七、实现注意事项

1. 内存管理：

   • 创建时需分配两次内存（控制结构+数据空间）
   • 销毁时需按相反顺序释放

2. 临界条件处理：

   • 入栈前必须检查栈是否已满
   • 出栈前必须检查栈是否为空
   • 获取栈顶元素前必须检查非空

八、实际应用

1.符号匹配

main 函数

#include "./SeqStack.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int do_check(char *buf, SeqStack *ss, int num)
{
    int col = 1;
    DATATYPE data;

    while (*buf)
    {
        DATATYPE *tmp = NULL;
        bzero(&data, sizeof(data));
        int c = *buf;

        switch (c)
        {
        case '(':
        case '[':
        case '{':
            handle_left_bracket(c, num, col, &data, ss);
            break;

        case ')':
        case ']':
        case '}':
            if (handle_right_bracket(c, num, col, ss))
            {
                return 1;
            }
            break;
        }

        buf++;
        col++;
    }
    return 0;
}

// 封装左括号的处理逻辑
void handle_left_bracket(int c, int num, int col, DATATYPE *data, SeqStack *ss)
{
    data->sym = c;
    data->linenum = num;
    data->colnum = col;
    PushSeqStack(ss, data);
}

// 封装右括号的处理逻辑
int handle_right_bracket(int c, int num, int col, SeqStack *ss)
{
    DATATYPE *tmp = GetTopSeqStack(ss);
    if (tmp == NULL)
    {
        printf("read sym:%c ,line:%d col:%d\n", c, num, col);
        return 1;
    }

    if ((c == ')' && tmp->sym == '(') ||
        (c == ']' && tmp->sym == '[') ||
        (c == '}' && tmp->sym == '{'))
    {
        PopSeqStack(ss);
        return 0;
    }
    else
    {
        printf("read sym:%c ,line:%d col:%d  or top sym:%c ,line:%d col:%d\n", c, num, col, tmp->sym, tmp->linenum, tmp->colnum);
        return 1;
    }
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    SeqStack *ss = CreateSeqStack(5);
    FILE *fp = fopen("./open.c", "r+");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    int num = 1;
    int ret = 0;
    while (1)
    {
        char buf[256] = {0};
        if (NULL == fgets(buf, sizeof(buf), fp))
        {
            break;
        }
        ret = do_check(buf, ss, num);
        if(1== ret)
        {
            DestroySeqStack(ss);
            exit(1);
        }
        num++;
        /* code */
    }
    if(IsEmpySeqStack(ss))
    {
        printf("file ok\n");
    }
    else{
        DATATYPE *tmp = GetTopSeqStack(ss);
        printf("top sym:%c ,line:%d col:%d\n", tmp->sym, tmp->linenum, tmp->colnum);
    }
    return 0;
}

2.四则运算（栈）

int applyOperator(int a, int b, char op)
{
    switch (op)
    {
    case '+':
        return a + b;
    case '-':
        return a - b;
    case '*':
        return a * b;
    case '/':
        return a / b;
    default:
        fprintf(stderr, "applyOperator error\n");
        return 0;
    }
}
int precedence(char op)
{
    if (op == '+' || op == '-')
    {
        return 1;
    }
    if (op == '*' || op == '/')
    {
        return 2;
    }
    return 0;
}
int evaluateExpression(char *expression)
{
    SeqStack *operand = CreateSeqStack(100);
    SeqStack *opertor = CreateSeqStack(100);

    int i = 0;
    while (expression[i] != '\0')
    {
        char c = expression[i];
        if (isdigit(c))
        {
            int num = 0;
            while (isdigit(expression[i]))
            {
                num = num * 10 + (expression[i] - '0');
                i++;
            }
            DATATYPE data;
            data.op = '0';
            data.num = num;
            PushSeqStack(operand, &data);
        }
        else if (c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/')
        {
            while (!IsEmpySeqStack(opertor) && precedence(c) <= precedence(GetTopSeqStack(opertor)->op))
            {
                DATATYPE opData = *GetTopSeqStack(opertor);
                PopSeqStack(opertor);

                DATATYPE bData = *GetTopSeqStack(operand);
                PopSeqStack(operand);

                DATATYPE aData = *GetTopSeqStack(operand);
                PopSeqStack(operand);
                int ret = applyOperator(aData.num, bData.num, opData.op);
                DATATYPE retData;
                retData.op = '0';
                retData.num = ret;
                PushSeqStack(operand, &retData);
            }
            DATATYPE data;
            data.op = c;
            PushSeqStack(opertor, &data);
            i++;
        }
        else
        {
            i++;
        }
    }
    // 处理运算符栈中剩余的运算符
    while (!IsEmpySeqStack(opertor))
    {
        DATATYPE opData = *GetTopSeqStack(opertor);
        PopSeqStack(opertor);

        DATATYPE bData = *GetTopSeqStack(operand);
        PopSeqStack(operand);

        DATATYPE aData = *GetTopSeqStack(operand);
        PopSeqStack(operand);

        int ret = applyOperator(aData.num, bData.num, opData.op);

        DATATYPE retData;
        retData.op = '0';
        retData.num = ret;
        PushSeqStack(operand, &retData);
    }
    int result = GetTopSeqStack(operand)->num;
    DestroySeqStack(operand);
    DestroySeqStack(opertor);

    return result;
}