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数据结构栈的详细解析

news 2025/7/13 0:27:58

引言

在计算机科学领域，数据结构是处理和组织数据的基础，而栈（Stack）作为一种非常重要且基础的数据结构，在很多场景中都有广泛的应用。本文将详细介绍栈的概念、实现方式，并结合提供的代码进行深入分析。

栈的基本概念

栈是一种遵循后进先出（Last In First Out，LIFO）原则的线性数据结构。就像一摞盘子，最后放上去的盘子总是最先被拿走。栈主要有两个基本操作：入栈（Push）和出栈（Pop）。入栈操作是将元素添加到栈的顶部，而出栈操作则是移除栈顶的元素。除此之外，还有一些辅助操作，如判断栈是否为空（Empty）、获取栈顶元素（Top）以及获取栈中元素的个数（Size）等。

栈的代码实现

1. 头文件 Stack.h

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;//初始化与销毁
void STInit(ST* pst);
void STDestory(ST* pst);//入栈 出栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);//取栈顶数据
STDataType STTop(ST* pst);//判空
bool STEmpty(ST* pst);//获取数据的个数
int STSize(ST* pst);

在这个头文件中，我们首先定义了栈的数据类型 STDataType，这里使用 int 作为示例。然后定义了栈的结构体 ST，包含三个成员：

a：一个指向 STDataType 类型的指针，用于动态分配内存来存储栈中的元素。
top：表示栈顶的位置，初始值为 0。
capacity：表示栈的当前容量。

接着声明了栈的各种操作函数，包括初始化、销毁、入栈、出栈、获取栈顶元素、判断栈是否为空以及获取栈中元素的个数。

2. 实现文件 Stack.cpp

#include "Stack.h"//初始化与销毁
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->top = 0;pst->capacity = 0;
}
void STDestory(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}//入栈 出栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{assert(pst);//扩容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");exit(1);}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}    //入栈pst->a[pst->top] = x;pst->top++;}
void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);pst->top--;
}//取栈顶数据
STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);return pst->a[pst->top - 1];
}//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}//获取数据的个数
int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}

初始化函数 STInit：将栈的指针 a 置为 NULL，top 和 capacity 都初始化为 0。
销毁函数 STDestory：释放栈所占用的内存，并将 a 置为 NULL，top 和 capacity 重置为 0。
入栈函数 STPush：首先检查栈是否已满，如果已满则进行扩容操作。扩容时，新容量为原容量的两倍（初始容量为 4），使用 realloc 函数重新分配内存。如果内存分配失败，输出错误信息并退出程序。然后将元素添加到栈顶，并将 top 加 1。
出栈函数 STPop：检查栈是否为空，如果不为空则将 top 减 1，相当于移除栈顶元素。
获取栈顶元素函数 STTop：检查栈是否为空，如果不为空则返回栈顶元素。
判断栈是否为空函数 STEmpty：如果 top 等于 0，则栈为空，返回 true，否则返回 false。
获取栈中元素个数函数 STSize：直接返回 top 的值，即为栈中元素的个数。

3. 测试文件 Test.cpp

#include "Stack.h"void test1()
{ST s;STInit(&s);STPush(&s, 1);STPush(&s, 2);STPush(&s, 3);STPush(&s, 4);while(!STEmpty(&s)){printf("%d ",STTop(&s));STPop(&s);}STDestory(&s);
}int main()
{test1();return 0;
}

在这个测试文件中，我们定义了一个测试函数 test1，首先创建一个栈 s 并进行初始化，然后依次将 1、2、3、4 入栈。接着使用 while 循环，只要栈不为空，就输出栈顶元素并将其出栈。最后销毁栈，释放内存。