C语言---栈

发布于:2024-08-21 ⋅ 阅读:(118) ⋅ 点赞:(0)

在C语言中,栈是一种数据结构,主要用于管理函数调用和局部变量。以下是栈的基本概念:

1. **栈的结构**:栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,最后压入栈的元素最先被弹出。

2. **函数调用**:每当一个函数被调用时,系统会在栈上为该函数分配一个栈帧(stack frame),用于存储函数的参数、局部变量和返回地址。

3. **局部变量**:函数内部定义的变量通常存储在栈中,这些变量在函数执行结束后会被自动释放。

4. **栈的增长**:栈通常从高地址向低地址增长,随着函数的调用,栈指针(stack pointer)向下移动。

5. **栈溢出**:如果函数递归调用过深或分配过多局部变量,可能导致栈溢出(stack overflow),引发程序崩溃。

6. **效率**:栈的操作(入栈和出栈)非常快速,时间复杂度为O(1)。

栈在程序执行过程中起着重要作用,尤其是在函数调用和局部变量管理方面。

在C语言中,栈可以通过顺序存储和链式存储两种方式实现。下面是这两种实现的基本概念和示例代码。

### 1. 顺序存储实现

顺序存储栈使用数组来存储元素。其基本操作包括入栈、出栈和查看栈顶元素。

**示例代码**:


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

#define MAX_SIZE 100

typedef struct {
    int data[MAX_SIZE];
    int top;
} Stack;

// 初始化栈
void initStack(Stack *s) {
    s->top = -1;
}

// 判断栈是否为空
bool isEmpty(Stack *s) {
    return s->top == -1;
}

// 判断栈是否满
bool isFull(Stack *s) {
    return s->top == MAX_SIZE - 1;
}

// 入栈
bool push(Stack *s, int value) {
    if (isFull(s)) {
        return false;
    }
    s->data[++(s->top)] = value;
    return true;
}

// 出栈
bool pop(Stack *s, int *value) {
    if (isEmpty(s)) {
        return false;
    }
    *value = s->data[(s->top)--];
    return true;
}

// 查看栈顶元素
bool peek(Stack *s, int *value) {
    if (isEmpty(s)) {
        return false;
    }
    *value = s->data[s->top];
    return true;
}

int main() {
    Stack s;
    initStack(&s);
    
    push(&s, 10);
    push(&s, 20);
    
    int value;
    if (peek(&s, &value)) {
        printf("栈顶元素: %d\n", value);
    }
    
    pop(&s, &value);
    printf("出栈元素: %d\n", value);
    
    return 0;
}

### 2. 链式存储实现

链式存储栈使用链表来存储元素。每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。

**示例代码**:

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

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
} Node;

typedef struct {
    Node *top;
} Stack;

// 初始化栈
void initStack(Stack *s) {
    s->top = NULL;
}

// 判断栈是否为空
bool isEmpty(Stack *s) {
    return s->top == NULL;
}

// 入栈
bool push(Stack *s, int value) {
    Node *newNode = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    if (!newNode) {
        return false; // 内存分配失败
    }
    newNode->data = value;
    newNode->next = s->top;
    s->top = newNode;
    return true;
}

// 出栈
bool pop(Stack *s, int *value) {
    if (isEmpty(s)) {
        return false;
    }
    Node *temp = s->top;
    *value = temp->data;
    s->top = temp->next;
    free(temp);
    return true;
}

// 查看栈顶元素
bool peek(Stack *s, int *value) {
    if (isEmpty(s)) {
        return false;
    }
    *value = s->top->data;
    return true;
}

int main() {
    Stack s;
    initStack(&s);
    
    push(&s, 10);
    push(&s, 20);
    
    int value;
    if (peek(&s, &value)) {
        printf("栈顶元素: %d\n", value);
    }
    
    pop(&s, &value);
    printf("出栈元素: %d\n", value);
    
    return 0;
}

### 总结

- **顺序存储**:使用数组,简单易实现,但大小固定,可能导致栈溢出。
- **链式存储**:使用链表,动态分配内存,灵活性高,但需要额外的内存管理。

这两种实现各有优缺点,选择时应根据具体需求。


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