【数据结构】之栈(C语言描述)
栈(Stack)是编程中最常用的数据结构之一。
栈的特点是“后进先出”,就像堆积木一样,堆的时候要一块一块堆到最上面,拆的时候需要从最上面一块一块往下拆。栈的原理也一样,只不过它的操作不叫堆和拆,而是叫入栈(或压栈)和出栈(或弹栈)。栈要求我们只能在栈顶(最上面的元素)处进行增加和删除。
栈可以用顺序表示法(顺序栈)和链式表示法(链栈)。由于栈只需要在一端增删节点,不需要在中间某处增删节点,因此即使栈在应用中大多数做的是增删操作,顺序栈虽然在增删操作时略微逊色于链栈(因为可能会扩容),但其存储密度要高于链栈,因此二者在性能方面可以说是各有各的好处。
下面的代码是使用 C语言 描述的链栈的代码。
栈的头文件 Stack.h 中的代码:
/**
* 栈(链栈):
* 本程序中栈的存储方式:栈顶->节点->节点->...->栈底。即:栈顶是第一个元素
*/
#include <Constant.h> // 栈中存储的数据的类型
typedef int ElemType; // 栈中的节点的数据结构体
typedef struct StackNode {
ElemType value; // 栈节点中存储的数据的值
struct StackNode* nextNode; // 下一个节点
} StackNode; // 栈的数据结构体
typedef struct Stack {
StackNode* data; // 栈中存储的所有节点
int length; // 栈的长度
StackNode* topNode; // 栈顶元素节点
} Stack; // 初始化一个空栈
Status initStack(Stack* S) {
S->data = (StackNode*)malloc(sizeof(StackNode));
if(S->data == NULL) {
printf("初始化栈失败!\n");
return FAILURE;
}
S->length = ;
S->topNode = NULL;
return SUCCESS;
} // 销毁栈
Status destroyStack(Stack* S) {
StackNode* tmpNode;
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在,销毁失败!\n");
return FAILURE;
}
while(S->topNode != NULL && S->topNode != S->data) {
tmpNode = S->topNode;
S->topNode = S->topNode->nextNode;
free(tmpNode);
}
S->data = NULL;
S->length = ;
S->topNode = NULL;
return SUCCESS;
} // 清空栈
Status clearStack(Stack* S) {
StackNode* tmpNode;
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在,清空失败!\n");
return FAILURE;
}
if(S->topNode == NULL) {
return SUCCESS;
}
while(S->topNode != S->data) {
tmpNode = S->topNode;
S->topNode = S->topNode->nextNode;
free(tmpNode);
}
S->topNode = NULL;
S->length = ;
return SUCCESS;
} // 判断栈是否为空
Status isStackEmpty(Stack* S) {
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在!\n");
exit();
}
if(S->length == ) {
return TRUE;
}
return FALSE;
} // 获取栈中元素的长度
int getStackLength(Stack* S) {
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在!\n");
exit();
}
return S->length;
} // 查看栈顶元素的值
ElemType getTopElem(Stack* S) {
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在,获取元素失败!\n");
exit();
}
if(S->topNode == NULL) {
printf("栈是空栈,获取元素失败!\n");
exit();
}
return S->topNode->value;
} // 元素入栈
Status push(Stack* S, ElemType e) {
StackNode* tmpNode;
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在,元素入栈失败!\n");
return FAILURE;
}
tmpNode = (StackNode*)malloc(sizeof(StackNode));
if(tmpNode == NULL) {
printf("元素入栈失败!\n");
return FAILURE;
}
tmpNode->value = e;
S->length++;
if(S->topNode == NULL) {
S->topNode = tmpNode;
S->topNode->nextNode = S->data;
return SUCCESS;
}
tmpNode->nextNode = S->topNode;
S->topNode = tmpNode;
return SUCCESS;
} // 元素出栈
StackNode* pop(Stack* S) {
StackNode* tmpNode;
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在,元素出栈失败!\n");
exit();
}
if(S->topNode == NULL) {
printf("栈是空栈,元素出栈失败!\n");
return NULL;
}
tmpNode = S->topNode;
S->topNode = S->topNode->nextNode;
if(S->topNode == S->data) {
S->topNode = NULL;
}
tmpNode->nextNode = NULL;
S->length--;
return tmpNode;
} // 遍历栈中的元素
void traverseStack(Stack* S) {
StackNode* tmpNode;
if(S->data == NULL) {
printf("栈不存在,遍历失败!\n");
exit();
}
if(S->topNode == NULL) {
printf("栈是空栈,遍历失败!\n");
exit();
}
printf("遍历栈:");
tmpNode = S->topNode;
while(tmpNode != S->data) {
printf("%-4d", tmpNode->value);
tmpNode = tmpNode->nextNode;
}
printf("\n");
} // 栈的测试函数
int testStack() {
// 数据声明
Stack stack;
StackNode* node;
int i;
// 初始化栈
if(initStack(&stack) == SUCCESS) {
printf("初始化栈成功!\n");
}
// 判断栈是否是空栈
printf("栈是否为空栈?%s\n", isStackEmpty(&stack) == TRUE ? "是" : "否");
// 元素入栈
for(i = ; i <= ; i++) {
if(push(&stack, i) == SUCCESS) {
printf("元素%d入栈成功!\n", i);
}
}
// 遍历栈中的元素
traverseStack(&stack);
// 元素出栈
node = pop(&stack);
if(node != NULL) {
printf("元素%d成功出栈!\n", node->value);
}
// 遍历栈中的元素
traverseStack(&stack);
// 查看栈顶元素的值
printf("栈顶元素的值是:%d\n", getTopElem(&stack));
// 获取栈的长度
printf("栈的当前长度:%d\n", getStackLength(&stack));
// 清空栈
if(clearStack(&stack) == SUCCESS) {
printf("清空栈成功!\n");
}
// 销毁栈
if(destroyStack(&stack) == SUCCESS) {
printf("销毁栈成功!\n");
}
return ;
}
常量类 Constant.h 中定义了一些常量,其代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> #define TRUE 1
#define FALSE 0 #define SUCCESS 1
#define FAILURE 0 typedef int Status;
主函数所在的文件 main.c 中的代码如下:
#include <Stack.h> int main() {
testStack();
return ;
}
运行结果如下:
初始化栈成功!
栈是否为空栈?是
元素1入栈成功!
元素2入栈成功!
元素3入栈成功!
元素4入栈成功!
元素5入栈成功!
遍历栈:5 4 3 2 1
元素5成功出栈!
遍历栈:4 3 2 1
栈顶元素的值是:4
栈的当前长度:4
清空栈成功!
销毁栈成功! Process returned 0 (0x0) execution time : 0.016 s
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