探索顺序结构：栈的实现方式

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一、栈的定义

栈（Stack）是一种常见的数据结构，它是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构。栈可以看做是一种特殊的线性表，只能在栈顶进行插入和删除操作。栈顶是允许操作的，而栈底是固定的。

二、栈的分类

当我们了解栈的定义之后，我们就能大概知晓其实现方式无非就是顺序表或者单链表。根据其实现方式，我们又能将栈分为顺序栈与链式栈。

 因为单链表头插的效率O(1)明显比尾差O(N)更高，所以我们用单链表实现栈时最好以链表的头为栈顶。如果一定要以尾节点作为栈顶的话，最好以双向链表来实现。本章实现链表栈时以头节点作为栈顶。

三、栈的声明

3.1 顺序栈

顺序栈的声明需要一个指向一块空间的指针a，指向栈顶下一个元素的top，以及标志栈大小的capacity。

typedef int STDataType;
 
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//动态数组
	int top;//栈顶的后一个
	int capacity;//数组大小
}ST;

当然也有实现top指向当前栈顶元素的，只不过这时top初始化要为-1，这样才能在填入元素时刚好指向栈顶元素。

3.2 链式栈

链式栈的声明只需要一个top指针，以及栈的容量capacity。

typedef struct SListNode
{
	STDataType data;
	struct SListNode* next;
}SListNode;
 
typedef struct Stack
{
	SListNode* top;
	int size;
}Stack;

四、栈的操作实现

顺序栈与链式栈的初始化分别与顺序表，链表的初始化大致相同。顺序栈先预先分配一块空间，而链式栈可以先初始为NULL，我们本章节就以顺序栈为例来进行讲解

4.1 栈的初始化

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

4.2 销毁栈

void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

4.3 入栈

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
 
	if (ps->top = ps->capacity)
	{
		STDataType newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
 
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

4.4 出栈

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
 
	ps->top--;
}

4.5 获取栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
 
	return ps->a[ps->top - 1];
}

4.6 获取栈中有效元素个数

int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
 
	return ps->top;
}

4.7 检测栈是否为空

 bool StackEmpty(ST* ps)
{
	 assert(ps);
 
	 return ps->top == 0;
}

注意：虽然出栈等操作代码简单，但也需要严格使用函数接口，尽可能避免自己写代码，否则容易造成结构混乱。

五、完整代码

5.1 Stack.h

#include
#include
#include
#include
 
typedef int STDataType;
 
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//动态数组
	int top;//栈顶的后一个
	int capacity;//数组大小
}ST;
 
// 初始化栈 
void StackInit(ST* ps);
// 销毁栈 
void StackDestroy(ST* ps);
// 入栈 
void StackPush(ST* ps, STDataType data);
// 出栈 
void StackPop(ST* ps);
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(ST* ps);
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(ST* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
bool StackEmpty(ST* ps);

5.2 Stack.c

#include"Stack.h"
 
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
 
void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}
 
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
 
	if (ps->top = ps->capacity)
	{
		STDataType newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
 
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
 
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
 
	ps->top--;
}
 
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
 
	return ps->a[ps->top - 1];
}
 
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
 
	return ps->top;
}
 
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	 assert(ps);
 
	 return ps->top == 0;
}