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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。