如何自己实现一个栈
前言
栈是一种应用广泛的数据结构，例如函数的调用就需要使用栈，其实我们在介绍《快速排序优化详解》的时候也使用到了栈结构。栈最鲜明的特点就是后进先出，一碟盘子就是类似这样的结构，最晚放上去的，可以最先拿出来。本文将介绍的是如何自己实现一个栈结构。
栈的操作
栈的常见操作有出栈(POP)，从栈中弹出一个元素；入栈(PUSH)，将一个元素压入栈中，访问栈顶元素(TOP)，判断栈是否为空等。
栈的实现
栈是较容易实现的抽象数据结构之一。我们可以选择数组或者链表来实现，它们各有特点，前者容量有限且固定，但操作简单，而后者容量理论上不受限，但是操作并不如数组方便，每次入栈要进行内存申请，出栈要释放内存，稍有不慎便造成内存泄露。本文对两种实现都做介绍。
数组实现栈
用数组实现栈是比较容易的。这个时候的栈其实更像是访问受限的数组，数组可以通过下标访问，查找，插入等，但是栈只能从栈顶，或者说数组的末尾进行操作。我们只需要一个指针记录栈顶即可。有人可能问了，既然这里栈是访问受限的数组，为什么不直接使用数组呢？所谓能力越大，责任越大，而你暴露的越多，风险也越大就是如此。
我们来看一下数组实现栈的时候，栈的操作都是怎么实现的呢？
定义栈
用数组实现栈时是很容易定义的，只要定一个固定长度的数组即可，然后使用一个指针或者数组下标标记栈顶（topOfStack），栈为空时，它是-1：
typedef int ElementType /*栈元素类型*/
typedef struct StackInfo
{
int topOfStack; /*记录栈顶位置*/
ElementType stack[STACK_SIZE]; /*栈数组，也可以使用动态数组实现*/
}StackInfo_st;
/*创建栈*/
StackInfo_st stack;
stack.topOfStack = TOP_OF_STACK;
入栈
入栈操作也很简单，只需要先将topOfStack加1，然后将元素放入数组即可。当然特别要注意检查此时栈是否已满。
topOfStack = -1
将1入栈，此时topOfStack = 0，
| topOfStack | ||
|---|---|---|
| 1 |
代码实现：
/*入栈，0表示成功，非0表示出错*/
int stack_push(StackInfo_st *s, ElementType value)
{
if(stack_is_full(s))
return FAILURE;
/*先增加topOfStack，再赋值*/
s->topOfStack++;
s->stack[s->topOfStack] = value;
return SUCCESS;
}
出栈或访问栈顶元素
与入栈相反，先访问元素，然后将topOfStack减1，但是此时要注意检查栈是否已空。访问栈顶元素可直接使用下标访问，而不用将topOfStack减1。
/*出栈*/
int stack_pop(StackInfo_st *s,ElementType *value)
{
/*首先判断栈是否为空*/
if(stack_is_empty(s))
return FAILURE;
*value = s->stack[s->topOfStack];
s->topOfStack--;
return SUCCESS;
}
/*访问栈顶元素*/
int stack_top(StackInfo_st *s,ElementType *value);
{
/*首先判断栈是否为空*/
if(stack_is_empty(s))
return FAILURE;
*value = s->stack[s->topOfStack];
return SUCCESS;
}
判断栈是否满
只要判断topOfStack与数组大小-1的大小即可。
/*判断栈是否已满，满返回1，未满返回0*/
int stack_is_full(StackInfo_st *s)
{
return s->topOfStack == STACK_SIZE - 1;
}
判断栈是否为空
只需要判断topOfStack是否小于等于-1即可。
/*判断栈是否为空，空返回1，非空返回0*/
int stack_is_empty(StackInfo_st *s)
{
return s->topOfStack == - 1;
}
完整可运行代码
代码较长，可点击阅读原文查看或访问：
https://www.yanbinghu.com/2019/03/16/31765.html
链表实现栈
与数组实现栈不一样的地方是，链式栈可以动态扩容，基本没有长度限制（受限于内存）。另外，它在入栈以及出栈的时候需要申请或者释放内存。
创建栈
创建栈很容易，只需要声明一个头指针即可，它的next指针指向栈顶，初始时为空：
/*定义栈结构*/
typedef struct StackInfo
{
ElementType value; /*记录栈顶位置*/
struct StackInfo *next; /*指向栈的下一个元素*/
}StackInfo_st;
/*创建栈，外部释放内存*/
StackInfo_st *createStack(void)
{
StackInfo_st *stack = malloc(sizeof(StackInfo_st));
if(NULL == stack)
{
printf("malloc failed\n");
return NULL;
}
/*stack-next为栈顶指针*/
stack->next = NULL;
return stack;
}
入栈
入栈只需要为新的元素申请内存空间，并将栈顶指针指向新的节点即可。
/*入栈，0表示成功，非0表示出错*/
int stack_push(StackInfo_st *s,ElementType value)
{
StackInfo_st *temp = malloc(sizeof(StackInfo_st));
if(NULL == temp)
{
printf("malloc failed\n");
return FAILURE;
}
/*将新的节点添加s->next前，使得s->next永远指向栈顶*/
temp->value = value;
temp->next = s->next;
s->next = temp;
return SUCCESS;
}
出栈或访问栈顶元素
出栈时，将栈顶指针指向下下个节点，返回元素值，并释放栈顶指针下个节点的内存。而访问栈顶元素只需要返回栈顶指针指向节点的元素值即可。
/*出栈*/
int stack_pop(StackInfo_st *s,ElementType *value)
{
/*首先判断栈是否为空*/
if(stack_is_empty(s))
return FAILURE;
/*找出栈顶元素*/
*value = s->next->value;
StackInfo_st *temp = s->next;
s->next = s->next->next;
/*释放栈顶节点内存*/
free(temp);
temp = NULL;
return SUCCESS;
}
/*访问栈顶元素*/
int stack_top(StackInfo_st *s,ElementType *value)
{
/*首先判断栈是否为空*/
if(stack_is_empty(s))
return FAILURE;
*value = s->next->value;
return SUCCESS;
}
判断栈是否为空
判断栈空也很简单，只需要判断栈顶指针是否为空即可。
/*判断栈是否为空，空返回1，未空返回0*/
int stack_is_empty(StackInfo_st *s)
{
/*栈顶指针为空，则栈为空*/
return s->next == NULL;
}
完整可运行代码
代码较长，可点击阅读原文查看或访问：
https://www.yanbinghu.com/2019/03/16/31765.html
总结
本文介绍了栈的基本操作以及栈的基本实现。后面将会介绍一些栈的具体应用。
思考
还记得如何使用GDB查看链表内容吗？参考《GDB调试指南-变量查看》。
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