技术标签: C c语言 Data Structure and Algorithm 数据结构
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栈是一种特殊的线性表,只允许在栈顶(Top)进行插入和删除元素操作,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)或 先进后出的原则。
栈顶(top)也可以是最后一次进栈的数据位置,比如上图中,栈顶可以分别是100、200、300的位置,这取决于栈顶初始化成 0 还是 -1。如果栈顶最开始初始化为0,则栈顶是如上图所演示的位置,因为是先Push,然后再栈底top++;如果栈顶初始化为-1,则栈顶是最后一次进栈的数据下标位置,因为是先top++,然后再Push。
栈的实现一般可以使用数组或链表实现。对栈而言数组的结构实现更优一些,因为数组在尾上插入和删除数据的代价很小,时间复杂度均为O(1),且没有其它额外开销。下面具体分析两种结构实现栈的优缺点。
对于链表实现栈,问题很多。一是链表有八种,二是每种链表实现起来都存在缺点。下面简单分析下链表实现栈的问题:
先说单向链表实现栈,即便是多维护一个尾指针,对于栈的删除操作还是需要遍历,因为需要找到尾节点的上一个节点。
而对于双向链表,为了解决单向链表实现栈的删除操作问题,唯一可行的只有双向循环链表,不仅轻松地找到尾结点,同时还能找到上一个节点,确实能解决上面谈到的问题。不过这又有其它问题了,每个节点相比于单向链表都多维护了一个指针变量,有一定内存开销。
所以说实现栈的最优结构,还得是数组,且数组自身的特性也产生了几个优点。数组的存储是连续的,正是因为这个原因:
数组实现栈的话就没有任何缺点吗?答案是有的,前面也说过,栈是一种特殊的线性表。
不过上述数组的缺点,也是能控制的。比如数组初始化大小根据需求给一个折中,扩容方案也折中,比如按自身1.5倍扩,这样能控制扩容的频率不至于太频繁,异地扩容的几率也小一些!优点相比于缺点,利大于弊!最重要的是,比起链表的优缺点,也要好上许多!
stack.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int valuetype;
typedef struct {
valuetype* arr;
int top;
int capacity;
} Stack;
void Init(Stack* stack);
void Push(Stack* stack, valuetype value);
void Pop(Stack* stack);
valuetype Top(Stack* stack);
int Size(Stack* stack);
bool Empty(Stack* stack);
void Destroy(Stack* stack);
stack.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"
void Init(Stack* stack) {
assert(stack);
stack->arr = NULL;
stack->capacity = stack->top = 0;
}
void Push(Stack* stack, valuetype value) {
assert(stack);
if (stack->top == stack->capacity) {
stack->capacity = stack->capacity == 0 ? 10 : (int)(stack->capacity * 1.5);
stack->arr = (valuetype*)realloc(stack->arr, sizeof(valuetype) * stack->capacity);
if (stack->arr == NULL) {
perror("realloc failed in the function Push(Stack*, valuetype).");
return;
}
}
stack->arr[stack->top++] = value;
}
void Pop(Stack* stack) {
assert(stack && stack->top > 0);
stack->top--;
}
valuetype Top(Stack* stack) {
assert(stack && stack->top > 0);
return stack->arr[stack->top - 1];
}
int Size(Stack* stack) {
assert(stack);
return stack->top;
}
bool Empty(Stack* stack) {
assert(stack);
return stack->top == 0;
}
void Destroy(Stack* stack) {
assert(stack);
free(stack->arr);
stack->arr = NULL;
stack->capacity = stack->top = 0;
}
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