【初阶数据结构】深入解析栈:探索底层逻辑

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作者
筋斗云
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🔥引言

本篇将深入解析栈:探索底层逻辑,理解底层是如何实现并了解该接口实现的优缺点,以便于我们在编写程序灵活地使用该数据结构。

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文章目录

一、栈的概念及结构

栈是指一种特殊的线性表,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。

这里主要分享的是跟数据结构相关的栈,而不是指存储内存一块内存区域栈区,栈区是指CPU寄存器里的某个指针所指向的一片内存区域(存放函数的参数值,局部变量的值等)

其中有两个核心操作压栈和出栈(出入数据在栈顶实现)

  • 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。
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由于栈的特殊结构特性,所以出栈有多种方式,而入栈只有一种

2.一个栈的入栈序列为ABCDE,则不可能的出栈序列为( ) A.ABCDE B.EDCBA C.DCEBA D.ECDBA 答案:D 

二、关于实现栈的分析

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现,相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。在顺序表章节,说明了静态顺序表的实用价值不大,通常是使用动态,这里实现栈的也是是实现动态栈

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三、实现栈的相关接口(Satck.h)

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3.1 关于top的定义

在实现之前,对top需要有一个定义。当对栈顶元素修改的时候,top作为一个下标。既然top是一个下标,**那么top为0是代表栈为空还是栈存储一个元素,这个是需要我们去定义的(**在顺序表中,也是需要定义的)。所以栈有两种关于栈顶的定义。

  • top为-1代表空,top为0代表一个元素

  • top为0代表空,top指向下一个元素下标

其实上面的两种方式都可以的,在插入过程顺序会出现差异

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下列的实现都是采用第二种top为0代表空,top指向下一个元素下标

3.2 栈的初始化

void STInit(ST *pst) { 	assert(pst);//指向一个有效的结构体 	pst->a = NULL;     pst->top =pst->capacity= 0; } 

3.3 入栈操作

void STPush(ST* pst, StackDataType x) { 	assert(pst); 	if (pst->top == pst->capacity) 	{ 		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2; 		StackDataType *tmp = (StackDataType*)realloc(pst->a, sizeof(StackDataType)*newcapacity); 		if (tmp==NULL) 		{ 			perror("realloc fail!!!"); 			return 1; 		} 		pst->capacity = newcapacity; 		pst->a = tmp;//保证安全返回 	} 	pst->a[pst->top] = x;//插入  	pst->top++;//注意top的意义--之后里面为1没有给数值 } 

这里需要注意的是:这里插入就是相当于顺序表的尾插,只有栈顶进行插入,所以没有必要单独实现扩容接口,直接在插入时需要空间进行扩容操作

3.4 出栈操作

void STPop(ST* pst)//跳出 { 	assert(pst); 	assert(pst->top > 0);//top为0,则是为空 	pst->top--;//元素个数-- } 

这里需要注意的是:相当于顺序表的尾删,同时要满足保证有数据给你删除

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3.5 得到栈顶元素

StackDataType STTOP(ST* pst)//得到栈顶元素 { 	assert(pst); 	return pst->a[pst->top-1];//这里减的话就会有问题 } 

这里需要注意的是:这里top是指向下一个元素的下标,需要-1到达栈顶元素下标

3.6 得到栈里面元素个数

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

3.7 判断栈是否为空

bool STEmpty(ST* pst) { 	assert(pst); 	return pst->top == 0;//为0就是空,为真 } 

3.8 栈的打印

void STPrintf(ST* pst) { 	while(!STEmpty(pst)) 	{ 		printf("%d", STTOP(pst)); 		STPop(pst); 		printf("\n"); 	} } 

这里需要注意的是:打印是打印栈顶元素,为了下次打印,需要出栈得到新栈顶元素。当栈里面没有数据时,就不要再打印数据,没有数据打印。

3.9 栈的销毁

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

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以上就是本篇文章的所有内容,在此感谢大家的观看!这里是店小二初阶数据结构笔记,希望对你在学习初阶数据结构中有所帮助!

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