【数据结构】栈的定义以及接口函数的C语言代码实现（仅供学习交流使用）

1、栈的定义

栈：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

2、栈的实现形式

（1）栈使用哪种形式实现好？

答：数组和链表都可以实现

1、用数组实现，用数组的尾去做栈顶非常合适，用数组实现栈相当于之前顺序表中的尾插尾删，唯一的缺陷和不足为：空间不够的话需要增容

2、用链表实现，如果用单链表实现，则需要用链表表头head做栈顶，用头删头插做入栈和出栈，这样的时间复杂度都为O（1）

如果用双向链表实现的话，则用链表尾节点做栈顶更为合适。

但综合比较下来，用数组更为合适，效率更高，CPU缓存命中更高。

此时我们应该用静态数组还是动态数组呢？

这种是静态，不太好控制MAX的大小，可能会造成浪费或者不够反复扩容，所以我们写成动态

#pragma once
#include<stdio.h>
typedef int STDataType;
#define MAX 100
typedef struct Stack
{
    STDataType a[MAX];
    int top;
}Stack;

动态：

pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>//一定不能为空的东西，可以考虑用断言来处理。
#include<stdlib.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* a;
    int top;
    int capacity;
}Stack;

3、用C语言实现栈的接口函数

我们总共实现如下这些接口函数

void StackInit(Stack* ps);//初始化栈
void StackDestory(Stack* ps);//摧毁栈
void StackPushBack(Stack* ps, STDataType x);//入栈
StackPop(Stack* ps);//出栈
STDataType StackTop(Stack* ps);栈顶元素
int StackSize(Stack* ps);
bool StackEmpty(Stack* ps);//空就返回1，非空就返回0

（1）初始化栈

void StackInit(Stack* ps)
{
    ps->a =  (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 4);
    if (ps->a == NULL)
    {
        printf("malloc fail\n");
        exit(-1);
    }
    
    ps->capacity = 4;
    ps->top =0 ;//top这里可以给0也可以给-1，给0的话，top始终指向新插入栈顶的数据的下一个
    //给-1的话，他就能插入哪个就给哪个。
}

（2）摧毁栈

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

（3）入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType x)//入栈，栈只需要在栈顶进行操作，栈顶插入删除数据,
{
    assert(ps);
    if (ps->top == ps->capacity)
    {
        STDataType*tmp =  (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 *  sizeof(STDataType));
        if (tmp == NULL)
        {
            printf("realloc fail\n");
            exit(-1);
        }
        else
        {
            ps->a = tmp;
            ps->capacity = ps->capacity*2 ;
        }
    }
    ps->a[ps->top] = x;
    ps->top++;
    //ps->top++;
    //ps->a[ps->top] = x;
    //如果初始化那里top设置为-1，则用下面这种方式
}

（4）出栈

STDataType StackPop(Stack* ps)//出栈
{
    assert(ps);//栈空了，再调用POP，直接报错
    assert(ps->top > 0);
    ps->top--;
    return ps->a[ps->top-1];
}

（5）找栈顶元素

STDataType StackPop(Stack* ps)//出栈
{
    assert(ps);//栈空了，再调用POP，直接报错
    assert(ps->top > 0);
    ps->top--;
    return ps->a[ps->top-1];
}

（6）求栈的大小

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

（7）判断栈是否为空

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->top == 0;
}//空就返回1，非空就返回0