C语言实现基础数据结构——栈

目录

栈

栈的实现

数组栈

数组栈的实现

栈的初始化

栈的销毁

数据入栈

判断栈是否为空

数据出栈

获取栈顶元素

获取栈内数据个数

项目实现

栈的基础练习

有效的括号

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栈

栈是一种特殊的线性表，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。

📌

注意在栈中数据出栈的顺序不一定和入栈的顺序相同，当数据入栈后又出栈不影响下一个数据的入栈顺序

例如：

入栈1 2 3 4 5，若4和5是入栈又出栈的，则出栈的顺序应该是4 5 3 2 1

但是不会出现一种情况，即：

已经入栈的数据（未在入栈后立马出栈）不会出现在先入栈又立马出栈的数据的前方

例如：

入栈 1 2 3 4，若3和4是入栈又立马出栈，则不可能出现2和1在3和4的前面

2.若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（）
A 1, 4, 3, 2
B 2, 3, 4, 1
C 3, 1, 4, 2
D 3, 4, 2, 1
例如本题中，入栈顺序为1, 2, 3, 4，那么出栈顺序最基本的就是后入先出，即出栈顺序为4,3,2,1，如果入栈又立马出栈的是2,3,4，则有2,3,4,1，如果入栈又立马出栈的是1，则有1, 4, 3, 2，如果入栈又立马出栈的是3, 4，则有3, 4, 2, 1，但是不可能存在3, 1, 4, 2，因为1作为第一个入栈的，要么就是入栈又立马出栈，作为第一个出栈的，要么就是最后一个出栈的

栈的实现

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。因为栈满足后进先出或者即进即出，不需要额外移动数据，并且数组在尾上插入数据的代价比较小。

数组栈

//静态数组栈
typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{STDataType _a[N];// 数组大小固定int _top; // 栈顶
}ST;//动态数组栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* _a;// 数组大小不固定int _top;       // 栈顶int _capacity;  // 容量 
}ST;

数组栈的实现

//主要实现以下功能//栈的初始化
void STInit(ST* st);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* st);
//数据入栈
void STPush(ST* st, STDataType x);
//数据出栈
void STPop(ST* st);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* st);
//获取栈元素
STDataType STTop(ST* st);
//获取栈数据个数
int STSize(ST* st);

栈的初始化

在初始化过程中注意top的初始值设置为0代表栈内数据的下一个位置，因为初始化栈代表栈内没有元素，如果用0代表栈内数据的当前位置，那么需要考虑该元素从何而来，既然没有数据，说明当前栈顶指针指向没有数据的位置，而数组下标为0代表第一个元素的位置，没有元素就不可能有第一个元素的位置，所以此时下标为0代表下一个元素的位置，此时说明栈内没有元素，但是准备在下一个位置（第一个元素）的位置添加数据

//栈的初始化
void STInit(ST* st)
{//判断是否存在队列assert(st);//初始化队列st->data = NULL;st->top = 0;//栈顶指针指向存储数据的下一个位置，代表栈内无数据//st->top = -1;//栈顶指针指向存储数据的位置，代表栈内无数据st->capacity = 0;
}

栈的销毁

//栈的销毁
void STDestroy(ST* st)
{//确保有栈的存在assert(st);//销毁栈free(st->data);st->data = NULL;//top和capacity更改为无数据的位置st->top = st->capacity = 0;
}

数据入栈

//数据入栈
void STPush(ST* st, STDataType x)
{//确保有栈的存在assert(st);//向top位置增加数据，并使top向后移动//需要判断栈的容量大小if (st->top == st->capacity){//如果栈的空间为0，则开辟四个空间，如果栈容量不为0，则扩容原来容量的2倍int newCapacity = st->capacity == 0 ? 4 : st->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(st->data, sizeof(STDataType) * newCapacity);assert(tmp);st->data = tmp;//注意更新容量大小st->capacity = newCapacity;}//数据压栈并改变topst->data[st->top++] = x;
}

判断栈是否为空

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* st)
{//确保有栈的存在assert(st);//栈为空返回真，栈不为空返回假return st->top == 0;//判断表达式返回值只有1和0，如果为真返回1(true)，如果为假返回0(false)
}

数据出栈

//数据出栈
void STPop(ST* st)
{//确保有栈的存在assert(st);//确保栈不会越界assert(!STEmpty(st));//直接移动top指针，“看不见即删除”st->top--;
}

获取栈顶元素

//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* st)
{//确保栈存在assert(st);//确保栈不为空assert(!STEmpty(st));//top为栈内数据的下一个位置，要获取当前位置的元素需要-1操作return st->data[st->top - 1];
}

获取栈内数据个数

//获取栈内数据个数
int STSize(ST* st)
{assert(st);return st->top;
}

项目实现

//头文件
#pragma once#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>typedef int STDataType;
typedef struct stack
{STDataType* data;int top; //栈顶位置int capacity; //元素个数
}ST;//栈的初始化
void STInit(ST* st);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* st);
//数据入栈
void STPush(ST* st, STDataType x);
//数据出栈
void STPop(ST* st);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* st);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* st);
//获取栈内数据个数
int STSize(ST* st);//实现文件
#include "stack.h"//栈的初始化
void STInit(ST* st)
{//判断是否存在队列assert(st);//初始化队列st->data = NULL;st->top = 0;//栈顶指针指向存储数据的下一个位置，代表栈内无数据//st->top = -1;//栈顶指针指向存储数据的位置，代表栈内无数据st->capacity = 0;
}//栈的销毁
void STDestroy(ST* st)
{//确保有栈的存在assert(st);//销毁栈free(st->data);st->data = NULL;//top和capacity更改为无数据的位置st->top = st->capacity = 0;
}//数据入栈
void STPush(ST* st, STDataType x)
{//确保有栈的存在assert(st);//向top位置增加数据，并使top向后移动//需要判断栈的容量大小if (st->top == st->capacity){//如果栈的空间为0，则开辟四个空间，如果栈容量不为0，则扩容原来容量的2倍int newCapacity = st->capacity == 0 ? 4 : st->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(st->data, sizeof(STDataType) * newCapacity);assert(tmp);st->data = tmp;//注意更新容量大小st->capacity = newCapacity;}//数据压栈并改变topst->data[st->top++] = x;
}
//数据出栈
void STPop(ST* st)
{//确保有栈的存在assert(st);//确保栈不会越界assert(!STEmpty(st));//直接移动top指针，“看不见即删除”st->top--;
}
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* st)
{//确保有栈的存在assert(st);//栈为空返回真，栈不为空返回假return st->top == 0;//判断表达式返回值只有1和0，如果为真返回1(true)，如果为假返回0(false)
}
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* st)
{//确保栈存在assert(st);//确保栈不为空assert(!STEmpty(st));//top为栈内数据的下一个位置，要获取当前位置的元素需要-1操作return st->data[st->top - 1];
}//获取栈内数据个数
int STSize(ST* st)
{assert(st);return st->top;
}//测试文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "stack.h"void test()
{ST st = { 0 };//初始化栈STInit(&st);//数据压栈STPush(&st, 1);STPush(&st, 2);STPush(&st, 3);STPush(&st, 4);STPush(&st, 5);//打印栈内数据while (!STEmpty(&st)){//打印栈顶数据printf("%d ", STTop(&st));//数据出栈以打印下一个数据STPop(&st);}//栈的销毁STDestroy(&st);
}int main()
{test();return 0;
}

栈的基础练习

有效的括号

题目链接：20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

给定一个只包括 '('， ')'， '{'， '}'， '['， ']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。
有效字符串需满足：
左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

思路解析：

本题可以使用栈来解决，当括号为左侧括号时，将括号存入栈内，当括号为右侧括号时，将该括号与栈顶的括号进行比较，比较一次进行一次出栈操作

📌

注意本题不一定要使用C语言来解决，因为C语言本身不支持泛型，需要单独先实现栈才能解题，本题使用C语言和栈的思路仅供参考

参考答案：

/** @lc app=leetcode.cn id=20 lang=c** [20] 有效的括号*/// @lc code=start
// 使用C语言和栈解决问题
// 栈的声明
typedef char STDataType;
typedef struct stack
{STDataType *data;int top;      // 栈顶位置int capacity; // 元素个数
} ST;// 栈的初始化
void STInit(ST *st);
// 栈的销毁
void STDestroy(ST *st);
// 数据入栈
void STPush(ST *st, STDataType x);
// 数据出栈
void STPop(ST *st);
// 判断栈是否为空
bool STEmpty(ST *st);
// 获取栈元素
STDataType STTop(ST *st);// 栈的实现
// 栈的初始化
void STInit(ST *st)
{// 判断是否存在队列assert(st);// 初始化队列st->data = NULL;st->top = 0; // 栈顶指针指向存储数据的下一个位置，代表栈内无数据// st->top = -1;//栈顶指针指向存储数据的位置，代表栈内无数据st->capacity = 0;
}// 栈的销毁
void STDestroy(ST *st)
{// 确保有栈的存在assert(st);// 销毁栈free(st->data);st->data = NULL;st->top = st->capacity = 0;
}// 数据入栈
void STPush(ST *st, STDataType x)
{// 确保有栈的存在assert(st);// 向top位置增加数据，并使top向后移动// 需要判断栈的容量大小if (st->top == st->capacity){// 如果栈的空间为0，则开辟四个空间，如果栈容量不为0，则扩容原来容量的2倍int newCapacity = st->capacity == 0 ? 4 : st->capacity * 2;STDataType *tmp = (STDataType *)realloc(st->data, sizeof(STDataType) * newCapacity);assert(tmp);st->data = tmp;st->capacity = newCapacity;}// 数据压栈并改变topst->data[st->top++] = x;
}
// 数据出栈
void STPop(ST *st)
{// 确保有栈的存在assert(st);// 确保栈不会越界assert(!STEmpty(st));// 直接移动top指针，“看不见即删除”st->top--;
}
// 判断栈是否为空
bool STEmpty(ST *st)
{// 确保有栈的存在assert(st);// 栈为空返回真，栈不为空返回假return st->top == 0; // 判断表达式返回值只有1和0，如果为真返回1(true)，如果为假返回0(false)
}
// 获取栈元素
STDataType STTop(ST *st)
{// 确保栈存在assert(st);// 确保栈不为空assert(!STEmpty(st));// top为栈内数据的下一个位置，要获取当前位置的元素需要-1操作return st->data[st->top - 1];
}// 判断是否是有效括号
bool isValid(char *s)
{// 基本思路：左括号入栈，右括号时左括号出栈与右括号比较// 创建栈用于保存数据ST st = {0};// 初始化栈STInit(&st);// 数据入栈while (*s){if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{'){// 当是左括号时数据入栈STPush(&st, *s);}else{// 如果栈为空直接返回falseif (STEmpty(&st)){// 返回前释放空间，因为尽管没有数据，但是栈的空间已经开辟STDestroy(&st);return false;}// 当是右括号时数据出栈与右括号比较char top = STTop(&st);// 更新栈内元素STPop(&st);if ((*s == ')' && top != '(') || (*s == ']' && top != '[') || (*s == '}' && top != '{')){// 此处找不同，如果此处找相同，那么但凡出现一对满足的括号就会进入返回true//  返回之前销毁栈防止内存泄漏STDestroy(&st);return false;}}++s;}// 如果栈为空，则说明匹配完成，如果不为空说明栈内仍有括号没有匹配到，此时说明存在单独的括号bool ret = STEmpty(&st);// 返回之前销毁栈STDestroy(&st);return ret;
}
// @lc code=end