【C语言】数据结构-栈（详解）
慕雪年华
  2022-03-30 14:13:23 2022-03-30 14:13   2023-04-03 09:23:39    1.8k 字  

[TOC]

前言

在之前的数据结构学习中，我们学习了顺序表、链表这两种结构

除了单链表以外，还有一个结构，是双向带头循环链表。这个链表的形式如下

  • 头节点的prev指向尾部节点
  • 尾节点的next指向头节点，构成循环

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别看它的形式有些复杂，实际代码的实现，比单链表还简单！

因为head->prev指向了尾节点，所以不需要找尾。尾删的时候也不需要遍历找尾节点的前一位，因为尾节点的prev就存放了前一位的地址。

所以这里就偷懒不写博客了！反正也没啥人看😭

好吧，最后我还是写了一篇水文👉点我

本篇博客讲述的是另外一个特别的线性表，栈

1.什么是栈

数据结构里的栈，和函数栈帧中的“栈”有一定相似，但实际上它们完全不同

栈作为一个特殊的线性表，它只允许在表的一头添加、删除数据。

所有的数据都遵循先进后出，后进先出的原则

  • 压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，新的数据存放在栈顶
  • 出栈：栈的删除操作，先删除栈顶的数据

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2.栈的实现

栈可以用数组或者链表来实现，相对而言，数组的方法更优

因为数组在尾插数据的时候，可以很方便的找到尾。而单链表需要遍历找尾，耗时较长。

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是不是有些似曾相识呢？没错，实际上栈区就是一个只能尾插+尾删的顺序表

3.敲代码！

3.1头文件

先用头文件写好咱们的大纲，然后在来一一实现这些代码

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top; // 栈顶
	int capacity; // 容量
}Stack;

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);
// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回false，如果不为空返回true
bool StackEmpty(Stack* ps);
//打印
void StackPrint(Stack* ps);

和顺序表不同的是，我们需要写一个单独的函数来获取栈顶元素，这一点在很多OJ题目中都需要用到。

3.2函数实现

如果你看过了我之前顺序表的博客，这部分对你来说想必不难。

如果有什么问题，欢迎在评论区提出！

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#include"Stack.h"

// 初始化
void StackInit(Stack* ps)
{
	STDataType* new = (STDataType*)malloc(4*sizeof(STDataType) );
	if (new == NULL)
		exit(-1);
	else
	{
		ps->a = new;
		ps->top = 0;
		ps->capacity = 4;
	}
}

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;

	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)//容量检查
	{
		STDataType* new = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * (ps->capacity) * 2);
		if (new == NULL)
		{
			exit(-1);
		}
		else
		{
			ps->a = new;
			ps->capacity *= 2;
		}
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}
// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->top > 0)
		(ps->top)--;
}
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];

}
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
// 检测栈是否为空，如果为空返回true，如果不为空返回false
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == 0)
		return true;
	else
		return false;
}

void StackPrint(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	int n = ps->top;
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d ", ps->a[i]);
	}
	printf("\n");
}

大家在自己编写这种带多个板块的代码的时候，一定要一个板块写完就检查一遍！不要将问题都丢一块解决，那样会非常难受的！

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在其他版块都确认无误之后，也要过来瞅一眼Destroy板块，避免出现free错误等情况。

这个板块我们可以通过打断点（VS快捷键F9）并调试的方法来检查该板块是否正确

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4.知识巩固，来道OJ！

leetcode 20 有效的括号

leetcode：20. 有效的括号

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这道题就是一道非常使用用栈来解决的OJ题

题目要求我们判断给出的字符串中，括号是否一一对应

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{[]}//对应
{[(])}//不对应
{{()}//少了一个右边括号，不对应

具体要怎么做呢？思路如下：

  • 用一个指针来遍历字符串，如果是左括号{([其中一个，就入栈
  • 如果是右边括号，说明左括号已经入栈完毕，开始比对
  • 栈顶的括号一定是和当前右括号匹配的，如果不是则为false
  • 每判断一次，就让栈顶的左括号出栈一次

最后的函数实现如下

需要注意的是，STDataType类型需要更改为char类型，此时存放的是括号字符，并不是数字

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typedef char STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top; // 栈顶
	int capacity; // 容量
}Stack;

// 初始化
void StackInit(Stack* ps)
{
	STDataType* new = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	if (new == NULL)
	{
		exit(-1);
	}
	else
	{
		ps->a = new;
		ps->top = 0;
		ps->capacity = 4;
	}
}

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;

	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* new = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * (ps->capacity) * 2);
		if (new == NULL)
		{
			exit(-1);
		}
		else
		{
			ps->a = new;
			ps->capacity *= 2;
		}
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}
// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->top > 0)
		(ps->top)--;
}
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];

}
// 检测栈是否为空，如果为空返回true，如果不为空返回false
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == 0)
		return true;
	else
		return false;
}

bool isValid(char * s){
    Stack st;
    StackInit(&st);

    while(*s)
    {
        if(*s=='{'||*s=='['||*s=='(')
        {
            StackPush(&st,*s);
            s++;
        }
        else
        {
            if(StackEmpty(&st))
            {
                return false;
            }

            char top=StackTop(&st);//取栈顶元素
            StackPop(&st);//把栈顶删除
            //如( { 这两个，取了栈顶{，就立马pop掉它

            if((*s=='}'&&top=='{')
            ||(*s==')'&&top=='(')
            ||(*s==']'&&top=='['))
            {
                s++;
            }
            else
            {
                StackDestroy(&st);

                return false;
            }

        }
    }
    bool ret=StackEmpty(&st);
    //如果为空，说明匹配完毕；非空说明还有剩下的左括号

    StackDestroy(&st);
    
    return ret;
}

这个算法的用时还是非常短的！

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结语

数据结构学到这里，其实在了解完这些结构的真正思路后，代码的实现反而并不是那么重要。

在学习这部分知识的时候，一定要多画图！

如果你不适应用鼠标画图，可以直接用纸笔画，一些非常简单的草图，也能极大帮助我们理解当前的代码，找出问题👍

  • 本文标题：【C语言】数据结构-栈（详解）
  • 本文作者：慕雪年华
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  1. 前言
  2. 1.什么是栈
  3. 2.栈的实现
  4. 3.敲代码！
    1. 3.1头文件
    2. 3.2函数实现
  5. 4.知识巩固，来道OJ！
    1. leetcode 20 有效的括号
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