深入剖析栈结构：理解顺序栈的存储与应用

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2024-01-30 18:04:31

认识栈结构

栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的数据结构。这意味着后放入的元素将首先被删除。栈在计算机科学中有着广泛的应用，包括内存管理、编译器、以及表达式求值等。

顺序栈的存储

顺序栈是一种特殊的栈结构，它将数据元素存储在一个连续的内存空间中。顺序栈的存储方式简单且高效，只需一个指针指向栈顶元素即可。当需要插入或删除元素时，只需要移动指针即可，而不需要移动数据元素。

顺序栈的操作

顺序栈支持以下基本操作：

压栈（push）： 将元素压入栈顶。
弹栈（pop）： 从栈顶删除元素。
栈顶（top）： 返回栈顶元素，但不删除它。
栈空（empty）： 检查栈是否为空。
栈长（size）： 返回栈中元素的个数。

顺序栈的应用

顺序栈在计算机科学中有着广泛的应用，包括：

内存管理： 栈用于存储局部变量和函数调用信息。
编译器： 栈用于存储语法分析和代码生成过程中的中间结果。
表达式求值： 栈用于存储表达式的操作数和运算符。
其他应用： 栈还用于许多其他应用，如浏览器历史记录、撤消操作和文件系统操作。

C语言实现

以下是用C语言实现的顺序栈：

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

#define MAX_SIZE 100

typedef struct Stack {
    int top;
    int capacity;
    int* array;
} Stack;

Stack* createStack(int capacity) {
    Stack* stack = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
    stack->top = -1;
    stack->capacity = capacity;
    stack->array = (int*)malloc(capacity * sizeof(int));
    return stack;
}

void push(Stack* stack, int item) {
    if (stack->top == stack->capacity - 1) {
        printf("Stack overflow\n");
        return;
    }
    stack->array[++stack->top] = item;
}

int pop(Stack* stack) {
    if (stack->top == -1) {
        printf("Stack underflow\n");
        return -1;
    }
    return stack->array[stack->top--];
}

int peek(Stack* stack) {
    if (stack->top == -1) {
        printf("Stack underflow\n");
        return -1;
    }
    return stack->array[stack->top];
}

int isEmpty(Stack* stack) {
    return stack->top == -1;
}

int size(Stack* stack) {
    return stack->top + 1;
}

void printStack(Stack* stack) {
    for (int i = stack->top; i >= 0; i--) {
        printf("%d ", stack->array[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    Stack* stack = createStack(MAX_SIZE);

    push(stack, 1);
    push(stack, 2);
    push(stack, 3);
    push(stack, 4);
    push(stack, 5);

    printf("Stack: ");
    printStack(stack);

    printf("Top element: %d\n", peek(stack));

    printf("Popped element: %d\n", pop(stack));
    printf("Popped element: %d\n", pop(stack));

    printf("Stack: ");
    printStack(stack);

    return 0;
}