重學數據結構004——棧的基本操作及實現(數組實現)

    上文提到過棧以及棧的基本操作。上文中是基於鏈表做的實現。但是這種方法會出現大量的malloc()和free()操作，這種開銷是非常昂貴的。

    另外一種實現方式是基於數組的實現。這種實現方式需要預先制定一個棧的大小，此外還需要一個Top來記錄棧頂元素下一個位置的數組索引值。如下圖所示：

    有的教材將Top指向棧頂元素，也就是上圖中X所在的數組單元。我們這裏不這麼認爲。

    這種情況下棧的數據結構定義如下：

typedef struct StackRecord *Stack; 
struct StackRecord 
{ 
    int Capacity; 
    int Top; 
    int *Array; 
}; 

    主要操作如下:

//判斷棧是否爲空 
int IsEmpty(Stack S); 
//判斷棧是否已滿 
int IsFull(Stack S); 
//創建棧 
Stack CreateStack(int MaxElements); 
//回收棧 
void DisposeStack(Stack S); 
//清空棧 
void MakeEmpty(Stack S); 
//進棧操作 
void Push(int X, Stack S); 
//返回棧頂元素 
int Top(Stack S); 
//出棧操作 
void Pop(Stack S); 
//出棧並且返回棧定元素 
int PopAndTop(Stack S); 
    一個完整的例子代碼如下：
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#define MIN_STACK_SIZE 5 
 
typedef struct StackRecord *Stack; 
 
struct StackRecord 
{ 
    int Capacity; 
    int Top; 
    int *Array; 
}; 
 
//判斷棧是否爲空 
int IsEmpty(Stack S); 
//判斷棧是否已滿 
int IsFull(Stack S); 
//創建棧 
Stack CreateStack(int MaxElements); 
//回收棧 
void DisposeStack(Stack S); 
//清空棧 
void MakeEmpty(Stack S); 
//進棧操作 
void Push(int X, Stack S); 
//返回棧頂元素 
int Top(Stack S); 
//出棧操作 
void Pop(Stack S); 
//出棧並且返回棧定元素 
int PopAndTop(Stack S); 
 
int IsEmpty(Stack S) 
{ 
    return S->Top == 0; 
} 
 
int IsFull(Stack S) 
{ 
    return S->Top == S->Capacity; 
} 
 
void MakeEmpty(Stack S) 
{ 
    S->Top = 0; 
} 
 
Stack CreateStack(int MaxElements) 
{ 
    if(MaxElements < MIN_STACK_SIZE) 
    { 
        fprintf(stderr, "Can't create a Stack less than %d elements\n",MIN_STACK_SIZE); 
        exit(1); 
    } 
    else 
    { 
        Stack S = malloc(sizeof(struct StackRecord)); 
        if(S == NULL) 
        { 
            fprintf(stderr, "Out of space!"); 
            exit(1); 
        } 
        S->Array = malloc(sizeof(int)*MaxElements); 
        S->Capacity = MaxElements; 
        MakeEmpty(S); 
        return S; 
    } 
} 
 
 
void DisposeStack(Stack S) 
{ 
    if(S != NULL) 
    { 
        free(S->Array); 
        free(S); 
    } 
} 
 
void Push(int X, Stack S) 
{ 
    if(IsFull(S)) 
    { 
        fprintf(stderr,"The Stack Is Full"); 
    } 
    else 
    { 
        //元素先入棧 
        S->Array[S->Top++] = X; 
    } 
} 
 
int Top(Stack S) 
{ 
    if(!IsEmpty(S)) 
    { 
        int tmp = S->Top - 1; 
        return S->Array[tmp]; 
    } 
    else 
    { 
        fprintf(stderr,"The Stack Is Full"); 
        exit(1); 
    } 
     
} 
 
void Pop(Stack S) 
{ 
    if(!IsEmpty(S)) 
    { 
        --(S->Top); 
    } 
    else 
    { 
        fprintf(stderr,"The Stack Is Full"); 
        exit(1); 
    } 
} 
int PopAndTop(Stack S) 
{ 
    if(!IsEmpty(S)) 
    { 
        return S->Array[--S->Top]; 
    } 
    else 
    { 
        fprintf(stderr,"The Stack Is Full"); 
        exit(1); 
    } 
} 
 
int main(void)  
{ 
    Stack S = CreateStack(10); 
    int i; 
    for(i = 0; i < 10; i++) 
    { 
        Push(i,S); 
    } 
    while(!IsEmpty(S)) 
    { 
        printf("%d ",PopAndTop(S)); 
    } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
}