2.3 数据结构与算法之——栈

引言

之前在讲到C语言中的内存分配时提到栈这个名词了,内存分为两种:静态内存和动态内存

其中,静态内存是在栈中分配的,动态内存是在堆中分配的

一个不规范的代码举例:

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

void f(int k)
{
	int m;
	double * q = (double *)malloc(200);
}

int main(void)
{
	int i = 10;
	int * p = (int *)malloc(100);

	return 0;
}

上述代码中,m、q、i 和 p 都是静态内存(局部变量),是在栈中分配的;malloc(100) 和 malloc(200) 是动态内存,是在堆里分配的

在栈中分配的静态内存是由操作系统自动分配的,而在堆中分配的动态内存是程序员自己搞的

这里的栈和堆表示分配内存的方式,静态的内存是以压栈和出栈的方式分配的内存,而动态变量是以堆排序方式分配的内存

栈的定义

栈就是能够实现一种数据“先进后出”的存储结构

栈类似于一个放东西的箱子,先放进去的东西最后取出来

栈的分类

静态栈:以数组为基本内核

动态栈:以链表为基本内核,这种用的最多【其实就是砍掉了前面讲的链表的一些功能】

栈的算法

出栈:pop()

压栈:push() 

其实从算法来看,这个栈比链表简单的多,也没有查找等等乱七八糟的操作,但是栈能够完成很多事情,让我们拭目以待

栈的直观表现

栈的算法代码实现【出栈+压栈】

/*这个栈的构造过程中总共有两个结构体,注意它们的区分*/

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>


// 定义节点这个结构体的数据类型
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node * pNext;
}NODE, * PNODE;  //NODE和PNODE数据类型,分别代表struct Node和struct Node *


// 栈本身是通过这个结构体来实现的,类似于链表的头指针(无数据)和尾指针
typedef struct Stack
{
	PNODE pTop;     //指向栈的顶部,相当于尾指针,操作最频繁的位置,不需要首指针
	PNODE pBottom;  //指向栈的底部,相当于头指针
}STACK, * PSTACK;


//函数声明时不一定要写形参,但是需要写形参的数据类型
void init(PSTACK);
void push(PSTACK, int);
void traverse(PSTACK);
bool pop(PSTACK, int *);
bool empty(PSTACK);    //判断栈是否为空
void clear(PSTACK pS);



int main(void)
{
	int val;
	STACK S;  // 等价于 struct Stack S,里面的pTop和pBottom都有了,但是里面放的都是垃圾值,所以还没有形成栈

	init(&S);

	push(&S, -6);
	push(&S, 21);
	push(&S, 34);
	push(&S, -7);
	push(&S, 99);

	if (pop(&S, &val))
		printf("出栈的元素为 %d\n", val);
	
	traverse(&S);

	clear(&S);

	traverse(&S);

	return 0;
}


//初始化,造出一个空栈(pTop和pBottom指向一个不放数据的头结点)这才算构造成功
void init(PSTACK pS)   //传入地址
{
	//下面这两句话等价
	pS->pTop = new NODE;                        //C++方式,新建一个NODE并把地址赋给前面的
	//pS->pTop = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));   //C语言方式
	
	if (NULL == pS->pTop)
	{
		printf("动态内存分配失败!\n");
		exit(-1);     //整个程序终止
	}
	else
	{
		pS->pBottom = pS->pTop;
		pS->pBottom->pNext = NULL;   //链表的头结点指针域置空,这一步千万不要忘,否则就不是链表了
	} 
}


//压栈
void push(PSTACK pS, int val)
{
	//第一步:先造一个节点出来
	PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));
	//第二步:新节点的数据域赋值,新节点的指针域指向下面节点(其实就是尚未改变的pTop),注意栈是从上往下指
	pNew->data = val;
	pNew->pNext = pS->pTop;
	//第三步:pTop上移指向新节点
	pS->pTop = pNew;
	return;
}


//遍历输出这个栈
void traverse(PSTACK pS)
{
	PNODE p;
	p = pS->pTop;
	printf("链表自顶向下依次为:\n");
	while (p != pS->pBottom)
	{
		printf("%d\n", p->data);
		p = p->pNext;
	}
	return;
}


//弹出栈内的最后一个元素,并把出栈的元素存入pVal指针所指向的变量中,出栈失败返回false
bool pop(PSTACK pS, int * pVal)
{
	if (empty(pS))
		return false;
	else
	{
		/* 下面这样写其实不好,内存泄漏
		*pVal = pS->pTop->data;
		pS->pTop = pS->pTop->pNext;
		return true;
		*/
		//应该这样写
		PNODE r = pS->pTop;
		*pVal = r->data;
		pS->pTop = r->pNext;
		free(r);
		r = NULL;
		return true;
	}
}

//判断栈是否为空
bool empty(PSTACK pS)
{
	if (pS->pTop == pS->pBottom)
		return true;
	else
		return false;
}


//清空数据,回到初始化状态,但是注意内存泄漏问题,所以不能直接pTop赋值为pBottom
void clear(PSTACK pS)
{
	if (empty(pS))
		return;
	else
	{
		PNODE p = pS->pTop;  //p在上面
		PNODE q = NULL;      //q在p下面,最开始可以是NULL
		
		//这个while循环很重要,可能要背下来了
		while (p != pS->pBottom)
		{
			q = p->pNext;
			free(p);
			p = q;
		}

		pS->pTop = pS->pBottom;
	}
}

栈的应用【栈非常非常有用】

通过压栈出栈实现函数的调用(程序的流程)

中断

编写一个计算器:表达式求值(一个栈放运算符号,一个栈放数值)

内存分配

缓冲处理

走迷宫(存储每一个选择的路口)

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转载自blog.csdn.net/weixin_43450646/article/details/106936431
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