数据结构之栈

数据结构中的栈是什么

举一个简单的例子：在往箱子里面放衣物的时候，放在最上面的衣物总是我们最后放上去的；而当我们从箱子里取出衣物的时候，总是最先拿出上面的。这就是现实生活中的栈。

准确的讲，栈就是一种可以实现“先进后出(或者叫后进先出)”的存储结构。

学过数据结构的人都知道：栈可以用两种方式来实现，一种方法是用数组实现栈，这种栈成为静态栈；另外一种方法是用链表实现栈，这种栈叫做动态栈。

栈中通常存放着程序的局部变量等。栈通常有出栈和入栈操作。

栈的结构

空栈的结构：【其实就是栈顶和栈顶都指向一个无用的头结点】

存有结点的栈结构：【栈顶指针指向栈顶结点，栈底指针指向头结点】

栈的实现

下面是用C实现的一个栈结构的源码及详细注释：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
//定义结点结构体
typedef struct Node
{
    int data; //内容
    struct Node * pNext; //指向下一结点的指针
} NODE, * PNODE; //NODE等价于struct Node, PNODE等价于struct Node *
//定义栈的结构体
typedef struct Stack
{
    PNODE pTop; //栈顶结点
    PNODE pBottom; //栈底结点
} STACK, * PSTACK; //STACK等价于struct Stack, PSTACK等价于struct Stack *
//函数声明
void initStack(PSTACK pStack); //对栈进行初始化的函数
void pushStack(PSTACK pStack, int val); //入栈的函数
bool popStack(PSTACK pStack, int * pVal);//出栈的函数，*pVal用来保存出栈的元素内容
void traverseStack(PSTACK pStack); //遍历栈的函数
bool isEmpty(PSTACK pStack); //判断栈是否为空的函数
void clearStack(PSTACK pStack); //清空栈的函数
int main(void)
{
    STACK stack; //定义一个栈变量,STACK等价于struct Stack
    int val; //用来保存出栈的内容
    initStack(&stack); //调用栈的初始化函数
    pushStack(&stack, 10); //调用入栈的函数
    pushStack(&stack, 20);
    pushStack(&stack, 30);
    pushStack(&stack, 50);
    traverseStack(&stack); //调用遍历栈的函数
    //调用出栈的函数
    if(popStack(&stack, &val))
    printf("出栈成功，出栈的元素值为：%d\n", val);
    else
    printf(" 出栈失败!");
    //调用清空栈的函数
    clearStack(&stack);
    traverseStack(&stack); //调用遍历栈的函数
    system("pause");
    return 0;
}

void initStack(PSTACK pStack)
{
    //创建一个空结点，让pTop指向它
    pStack->pTop = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));
    if(NULL != pStack->pTop)
    {
        //将pBottom也指向空节点
        pStack->pBottom = pStack->pTop;
        //清空空结点的指针域
        pStack->pTop->pNext = NULL;
    }
    else //如果内存分配失败
    {
        printf("内存分配失败!程序退出!\n");
        exit(-1);
    }
    return;
}

void pushStack(PSTACK pStack, int val)
{
 //动态创建一个新结点
 PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));
 //设置新结点的数据域的值
 pNew->data = val;
 //将新结点的指针域指向之前建的空节点
 pNew->pNext = pStack->pTop; //pStack->pTop不能换成pStack->pBottom
 //pTop指向新的结点
 pStack->pTop = pNew;
 return;
}

bool popStack(PSTACK pStack, int * pVal)
{
    if(isEmpty(pStack))
    {
        return false;
    }
    else
    {
        //先保存栈顶元素的地址，然后将pTop指向下一元素,最后释放之前栈顶元素的内存
        PNODE rNode = pStack->pTop;
        *pVal = rNode->data;
        pStack->pTop = rNode->pNext;
        free(rNode);
        rNode = NULL;
        return true;
    }
}

void traverseStack(PSTACK pStack)
{
    //将栈顶赋给一个临时结点,因为在遍历栈的时候不能销毁栈
    PNODE pNode = pStack->pTop;
    //循环遍历栈,直到栈底
    while(pStack->pBottom != pNode )
    {
        printf("%d  ", pNode->data);
        pNode = pNode->pNext;
    }
    printf("\n");
    return;
}

bool isEmpty(PSTACK pStack)
{
    if(pStack->pTop == pStack->pBottom)
        return true;
    else
        return false;
}

void clearStack(PSTACK pStack)
{
    //栈为空，则退出该函数
    if(isEmpty(pStack))
    {
        return;
    }
    else
    {
        //两个结点指针变量用来释放栈中元素的内存
        PNODE p = pStack->pTop;
        PNODE q = NULL;
        //循环释放内存
        while(p != pStack->pBottom)
        {
            q = p->pNext;
            free(p);
            p = q;
        }
        //将栈顶和栈底指向同一个指针域为空的结点
        pStack->pTop = pStack->pBottom;
        return;
    }
}

栈的典型应用

生产消费模型常用栈来实现。生产者生产的东西都放入栈中，然后消费者从栈中依次取出东西，当栈顶和栈底指向都指向首结点时，生产的东西就被消耗光了。