数据结构与算法学习--栈

在这里插入图片描述
栈的应用
1.栈在函数调用中的应用
操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种结构，用来存储函数调用时的临时变量。每进入一个函数，就会将其中的临时变量作为栈帧入栈，当被调用函数执行完成，返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈。
2.栈在表达式求值中的应用（比如：34+13*9+44-12/3）
利用两个栈，其中一个用来保存操作数，另一个用来保存运算符。我们从左向右遍历表达式，当遇到数字，我们就直接压入操作数栈；当遇到运算符，就与运算符栈的栈顶元素进行比较，若比运算符栈顶元素优先级高，就将当前运算符压入栈，若比运算符栈顶元素的优先级低或者相同，从运算符栈中取出栈顶运算符，从操作数栈顶取出2个操作数，然后进行计算，把计算完的结果压入操作数栈，继续比较。
3.栈在括号匹配中的应用（比如：{}{()}）
用栈保存为匹配的左括号，从左到右一次扫描字符串，当扫描到左括号时，则将其压入栈中；当扫描到右括号时，从栈顶取出一个左括号，如果能匹配上，则继续扫描剩下的字符串。如果扫描过程中，遇到不能配对的右括号，或者栈中没有数据，则说明为非法格式。
当所有的括号都扫描完成之后，如果栈为空，则说明字符串为合法格式；否则，说明未匹配的左括号为非法格式。
4.如何实现浏览器的前进后退功能？
我们使用两个栈X和Y，我们把首次浏览的页面依次压如栈X，当点击后退按钮时，再依次从栈X中出栈，并将出栈的数据一次放入Y栈。当点击前进按钮时，我们依次从栈Y中取出数据，放入栈X中。当栈X中没有数据时，说明没有页面可以继续后退浏览了。当Y栈没有数据，那就说明没有页面可以点击前进浏览了。
思考：

我们在讲栈的应用时，讲到用函数调用栈来保存临时变量，为什么函数调用要用“栈”来保存临时变量呢？用其他数据结构不行吗？
答：**因为函数调用的执行顺序符合后进者先出，先进者后出的特点。**比如函数中的局部变量的生命周期的长短是先定义的生命周期长，后定义的生命周期短；还有函数中调用函数也是这样，先开始执行的函数只有等到内部调用的其他函数执行完毕，该函数才能执行结束。
正是由于函数调用的这些特点，根据数据结构是特定应用场景的抽象的原则，我们优先考虑栈结构。
2.我们都知道，JVM 内存管理中有个“堆栈”的概念。栈内存用来存储局部变量和方法调用，堆内存用来存储 Java 中的对象。那 JVM 里面的“栈”跟我们这里说的“栈”是不是一回事呢？如果不是，那它为什么又叫作“栈”呢？
答：JVM里面的栈和我们这里说的是一回事，被称为方法栈。和前面函数调用的作用是一致的，用来存储方法中的局部变量。
1、顺序栈的实现：

/*************************************************************************
 > File Name: arrayStack.h
 > Author:  jinshaohui
 > Mail:    [email protected]
 > Time:    18-10-12
 > Desc:    
 ************************************************************************/

#ifndef ARRAY_STACJ_H
#define ARRAY_STACJ_H

typedef struct _array_stack
{
	int size;/*栈的大小*/
	int pos;/*当前存储元素的个数，即栈顶元素下表*/
	int *array;/*数据存储区*/
}stArrayStack;

#define arrayStack_size(arrayStack) (arrayStack->size)
#define arrayStack_is_empty(arrayStack) (arrayStack->pos == -1)
#define arrayStack_is_full(arrayStack)  (arrayStack->pos == (arrayStack->size-1))

#endif

/*************************************************************************
 > File Name: arrayStack.c
 > Author:  jinshaohui
 > Mail:    [email protected]
 > Time:    18-10-12
 > Desc:   数组实现顺序栈 
 ************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include"./arrayStack.h"

/*创建并初始化顺序栈*/
stArrayStack * arrayStack_create(int size)
{
	stArrayStack *parrStack = NULL;

	parrStack = (stArrayStack *)malloc(sizeof(stArrayStack));
	if (parrStack == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	
	parrStack->size = size;
	parrStack->pos = -1;
	parrStack->array = (int *)malloc(sizeof(int)*size);
	if(parrStack->array == NULL)
	{
		free(parrStack);
		return NULL;
	}

	return parrStack;
}
/*销毁顺序栈*/
void arrayStack_destory(stArrayStack * parrStack)
{
	if(parrStack == NULL)
	{
		return;
	}

	if (parrStack->array != NULL)
	{
		free(parrStack->array);
	}

	free(parrStack);
	return;
}
/*出栈*/
int arrayStack_pop(stArrayStack *parrStack)
{
	int data = 0;

	if(arrayStack_is_empty(parrStack))
	{
		return -1;
	}
    data = parrStack->array[parrStack->pos];
	parrStack->pos--;

	return data;
}
/*入栈*/
int arrayStack_push(stArrayStack *parrStack,int data)
{
	if(arrayStack_is_full(parrStack))
	{
		return -1;
	}

    parrStack->pos++;
	parrStack->array[parrStack->pos] = data;

	return 0;
}

int arrayStack_push_new(stArrayStack*parrStack,int data)
{
	int *ptmp = NULL;

	/*如果栈不满，直接插入*/
	if(!arrayStack_is_full(parrStack))
	{
		return arrayStack_push(parrStack,data);
	}

	/*如果栈已经满，申请内存*/
    ptmp = (int *)malloc(2*parrStack->size*sizeof(int));
	if (ptmp == NULL)
	{
		return -1;
	}

	memcpy(ptmp,parrStack->array,parrStack->size*sizeof(int));

	free(parrStack->array);

    parrStack->array = ptmp;
	parrStack->size = 2*parrStack->size;
	parrStack->pos++;
    parrStack->array[parrStack->pos] = data;

	return ;
}

void arrayStack_dump(stArrayStack *parrStack)
{
	int i = 0;

	if (arrayStack_is_empty(parrStack))
	{
		printf("\r\n arrayStack is empty.");
		return;
	}
	printf("\r\narrayStack size = %d,pos= %d,",
			parrStack->size,parrStack->pos);
	for(i = 0; i <= parrStack->pos; i++)
	{
		printf("\r\narry[%d] = %d",i,parrStack->array[i]);
	}
}

int main()
{
	int i = 0;
	int ret = 0;
	stArrayStack * parrStack = NULL;

	printf("\r\n create size = 4 arrayStack.");

	parrStack = arrayStack_create(4);
	if (parrStack == NULL)
	{
	    printf("\r\n create size = 4 arrayStack faided.");
		return 0;
	}

	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		ret = arrayStack_push(parrStack,i);
		if(ret != 0)
		{
	        printf("\r\n push size = %d arrayStack faided.",i);

		}
	}
	arrayStack_dump(parrStack);
		
	ret = arrayStack_push_new(parrStack,4);
	if(ret != 0)
	{
	        printf("\r\n push size = %d arrayStack faided.",4);
    }
	arrayStack_dump(parrStack);

	arrayStack_destory(parrStack);
    
	return;
}

2、链式栈的实现

/*************************************************************************
 > File Name: linklist_stack.h
 > Author:  jinshaohui
 > Mail:    [email protected]
 > Time:    18-10-12
 > Desc:    
 ************************************************************************/

#ifndef STACK_LINK_LIST_H
#define STACK_LINK_LIST_H

typedef struct _linkliststack
{
	int data;
	struct _linkliststack *next;
}linklist_stack;


#define stack_is_empty(liststack) (liststack->next == NULL)

#endif

/*************************************************************************
 > File Name: linklist_stack.c
 > Author:  jinshaohui
 > Mail:    [email protected]
 > Time:    18-10-12
 > Desc:    
 ************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include "./linklist_stack.h"

linklist_stack * stack_create()
{
	linklist_stack * stack = NULL;

	stack = (linklist_stack *)malloc(sizeof(linklist_stack));
	if (stack == NULL)
	{
		return NULL;
	}

	stack->next = NULL;

	return stack;
}

void stack_destory(linklist_stack* stack)
{
	linklist_stack * ptmp = NULL;

	while(!stack_is_empty(stack))
	{
		ptmp = stack->next;
		stack->next = stack->next->next;

		free(ptmp);
	}

	free(stack);

	return;
}

int stack_push(linklist_stack *stack,int data)
{
	linklist_stack * ptmp = NULL;

	ptmp = (linklist_stack *)malloc(sizeof(linklist_stack));
	if (ptmp == NULL)
	{
		return -1;
	}

	ptmp->data = data;
	ptmp->next = stack->next;
	stack->next = ptmp;

	return 0;
}

int stack_pop(linklist_stack*stack,int *data)
{
	linklist_stack *ptmp = NULL;
	if (data == NULL)
	{
		return -1;
	}
	if(stack_is_empty(stack))
	{
		return -1;		
	}
	*data = stack->next->data;
    ptmp = stack->next;
	stack->next = ptmp->next;
	free(ptmp);

    return 0;
}


void stack_dump(linklist_stack *stack)
{
	linklist_stack * ptmp = stack->next;
	
	while(ptmp != NULL)
	{
		printf("\r\n data = %d",ptmp->data);
		ptmp = ptmp->next;
	}
	return;
}

int main()
{
	int i = 0;
	int ret = 0;
	int data = 0;
	linklist_stack * stack = NULL;

    stack = stack_create();
	if (stack == NULL)
	{
		printf("\r\n stack create falied.");
        return 0;			
	}
    
	for (i = 0; i < 4; i++)
	{
		ret = stack_push(stack,i);
		if(ret != 0)
		{
		    printf("\r\n stack push %d falied.",i);
		}
	}

    stack_dump(stack);

	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		ret = stack_pop(stack,&data);
		if(ret != 0)
		{
		    printf("\r\n stack pop%d falied.", i);
		}
		else
		{
		    printf("\r\n data = %d,",data);
		}
	}
	stack_destory(stack);
	return 0;
}

数据结构与算法学习--栈

猜你喜欢