栈（C语言实现）

栈是一种线性数据结构，顺序可能是 LIFO（后进先出）或 FILO（先进先出）。

 

堆栈主要有三个基本操作：

1、push，把元素压入栈

2、pop，从栈中弹出元素（同时从栈中移除），最后加入的第一个被弹出

3、peek 或 top，返回堆栈顶部的元素

4、isEmpty，如果 stack 为空则返回 true，否则返回 false

 

如何理解堆栈？

堆栈有许多现实生活中的例子。考虑在食堂中堆叠在一起的碟子，位于顶部的碟子是第一个被移除的，放置在最底部的碟子在堆中保持最长时间。

 

堆栈操作的时间复杂度：

push()，pop()，isEmpty() 和 peek() 都需要 O(1) 时间。我们不会在任何这些操作中运行任何循环。

 

实现：

有两种方法来实现堆栈：

1、使用数组

2、使用链表

 

使用数组实现堆栈

优点：易于实施。存取操作不涉及指针

缺点：不是动态的。不会在运行时根据需要增长和缩小。

//
// 栈的数组实现
// Created by ruby on 2019/1/17.
//

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

// 保存栈的数据结构
struct Stack {
    int top;
    int capacity;
    int* array;
};

// 根据指定大小创建栈, 初始化大小为 0, 容量为 capacity
struct Stack* createStack(unsigned capacity) {
    struct Stack* stack = (struct Stack*)malloc(sizeof(struct Stack));
    stack->top = -1;
    stack->capacity = capacity;
    stack->array = (int*)malloc(capacity * sizeof(int));
    return stack;
}

// 栈是否已满
int isFull(struct Stack* stack) {
    return stack->top == stack->capacity - 1;
}

// 栈是否为空
int isEmpty(struct Stack* stack) {
    return stack->top == -1;
}

// 添加 item 到栈中
void push(struct Stack* stack, int item) {
    if (isFull(stack)) {
        printf("stack is full\n");
        return;
    }

    stack->array[++stack->top] = item;
}

// 从栈中弹出一个元素
int pop(struct Stack* stack) {
    if (isEmpty(stack)) {
        printf("stack is empty\n");
        return -1;
    }

    return stack->array[stack->top--];
}

int main()
{
    struct Stack* stack = createStack(100);

    push(stack, 10);
    push(stack, 20);
    push(stack, 30);

    printf("%d popped from stack\n", pop(stack));

    return 0;
}

　　

使用链表实现堆栈

优点：堆栈的链表实现可以根据运行时的需求增长和缩小。

缺点：由于需要指针记录元素地址，需要额外的内存。

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

struct StackNode {
    int data;
    struct StackNode* next;
};

struct StackNode* newNode(int data) {
    struct StackNode* stackNode = (struct StackNode*)malloc(sizeof(struct StackNode));
    stackNode->data = data;
    stackNode->next = NULL;
    return stackNode;
}

int isEmpty(struct StackNode* root) {
    return !root;
}

void push(struct StackNode** root, int data) {
    struct StackNode* stackNode = newNode(data);
    stackNode->next = *root;
    *root = stackNode;
    printf("%d pushed to stack\n", data);
}

int pop(struct StackNode** root) {
    if (isEmpty(*root)) {
        return INT_MIN;
    }
    struct StackNode* temp = *root;
    *root = (*root)->next;
    int popped = temp->data;
    free(temp);

    return popped;
}

int peek(struct StackNode* root) {
    if (isEmpty(root))
        return INT_MIN;
    return root->data;
}

int main()
{
    struct StackNode* root = NULL;

    push(&root, 10);
    push(&root, 20);
    push(&root, 30);

    printf("%d popped from stack\n", pop(&root));

    printf("Top element is %d\n", peek(root));

    return 0;
}