栈--C语言实现数据结构

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本期带大家一起用C语言实现栈🌈🌈🌈

一、栈的概念🌎

栈是一种常见的数据结构，它遵循后进先出（Last In, First Out）的原则。可以将其类比为现实生活中的一摞书或者一叠盘子。

栈由一个连续的内存区域组成，可以存储一系列的元素。在栈的一端称为栈顶，另一端称为栈底。

栈的主要操作包括入栈（Push）和出栈（Pop）：

入栈操作将元素放置在栈顶，新增加的元素成为新的栈顶。
出栈操作将栈顶的元素移除，并将其下面的元素成为新的栈顶。
由于栈的特性，只能访问、插入和删除栈顶元素，不支持在任意位置进行操作。

栈具有局部性原理，即后进入栈的元素会先被访问到，而先进入栈的元素则需要等待后面的元素出栈才能被访问到。

栈常用于函数调用、递归算法、表达式求值、括号匹配等场景。

二、栈的操作流程

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三、栈的结构

栈的话，我们可以使用顺序栈和链表栈来实现

1.对于顺序栈而言：
方便的便是尾删和尾插了，因为有记录了下标，那么便可以很快的访问到最后一个元素，不需要经过遍历
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2.对于链表栈而言：
对于链表而言，尤其是单链表，尾部的插入删除是很麻烦的。但是单链表的头插和头删就很方便，所以可以把单链表的头部作为栈顶，单链表的尾部作为栈底。 插入数据的时候我们需要选择头插数据
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如果对于双向链表而言，那么就是随便选了，毕竟双向链表无论哪头插入删除数据都很方便

那么对于 顺序栈 和 链式栈 ，那个更加好呢？那必定是 顺序栈，因为使用顺序栈的尾插尾删非常方便，且 cpu缓存利用率也更高。而且对于顺序栈实现起来相对简单，所以我们接下来就实现 顺序栈

四、栈的实现

4.1 结构设计

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;     //栈顶元素的下一个  或者 栈顶的下标
	int capacity;
}ST;

这里的 top 我们需要好好理解一下。当top的初始值不同时，top可以表示栈顶的下一个位置的下标或栈顶下标

1.当 top = 0，top 表示栈顶的下一个位置的下标：
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当top一开始等于0的时候，先压栈，top再++

2、当top=-1的时候，top 表示栈顶元素的下标：

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当top=-1的时候，++top，再压栈

4.2 初始化栈

因为我们实现的是顺序栈，因此和顺序表的初始化是一样的
我们创建一个ST s，然后传s的地址即可

void STInit(ST* ps)
{

	assert(ps);

	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;

}

这里我们将top置为0，表示下一个数据的下标

4.3压栈

压栈的话，我们需要判断一下我们的我们的容量capacity是否和我们的ttop相等
如果相等的话，那么就扩容操作

void STPush(ST* ps,STDataType x)
{

	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;

		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity*sizeof(STDataType));

		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc :fail");
			return;
		}

		ps->a = tmp;

		ps->capacity = newcapacity;

	}
	ps->a[ps->top++] = x;

}

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4.4 出栈

出栈的话是很简单的，只需要将我们的top--就可以了
不过需要注意的是，如果我们的栈为空的话，那我们就不进行出栈操作

void STPop(ST* ps)
{

	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	ps->top--;
}

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4.5 获取栈顶元素

获取栈顶元素的话，我们同样需要判断栈是否为空
如果为空的话，那我们就不去获取栈顶元素的操作
如果不为空，那我们返回下标为top-1那个元素

STDataType STTop(ST* ps)
{

	assert(ps);

	return ps->a[ps->top - 1];

}

4.6 栈中数据的个数

栈中数据个数的话比较简单，只需要返回我们的top即可

int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return  ps->top;

}

4.7 判断栈是否为空

判断栈是否为空的话，我们只需要返回top==0的真假就行

bool STEmpty(ST* ps)
{

	return ps->top == 0;
}

4.8 栈的销毁

对于栈的销毁，那么我们就只需要释放动态开辟的空间，将指针置空。并将 capacity 和 top 两个变量置 0即可

void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;

	ps->top = 0;
}

5、有效的括号

链接：有效的括号
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看完题目之后，我们可以有以下的思路
我们可以让左括号压栈
当我们遇到右括号的时候，如果我们的栈不为空的话，我们就拿栈顶的元素去和右括号比较，如果括号不匹配的话，我们先销毁一下我们的栈，然后再去返回false
如果我们的栈为空的话，那我们就先销毁一下我们的栈，然后直接返回false
当然当我们的括号匹配的时候，我们就让s➕➕和删去栈顶元素，然后再去进行下一轮的判断
当我们的括号全部匹配完了之后，如果我们的栈不为空的话，我们就返回false，不然就反回true，并且销毁栈