如何用C語言、Python實現堆疊及典型應用

前言

棧是什麼，你可以理解為一種先入後出的數據結構（First In Last Out），一種操作受限的線性表...

C實現

借助與C語言中的void指針及函數指針，我們可以實作一個鍊式通用棧：

/* stack.h */
#ifndef _STACK_H_
#define _STACK_H_
 
typedef struct stackNode {
 void *value;
 struct stackNode *next;
} stackNode;
 
typedef struct stack {
 stackNode *top;
 void (*free)(void *ptr);
 unsigned long size;
} stack;
 
 
/* Functions implemented as macros */
#define stackTop(s) ((s)->top)
#define stackSize(s) ((s)->size)
 
#define stackSetFreeMethod(s, m) ((s)->free = (m))
#define stackGetFreeMethod(s) ((s)->free)
 
stack *stackCreate(void);
stack *stackPush(stack *stack, void *value);
stackNode *stackPop(stack *stack);
void stackClear(stack *stack);
 
#endif /* _STACK_H_ */
 
 
/* stack.c */
#include <stdlib.h>
#include "stack.h"
 
 
stack *stackCreate(void)
{
 struct stack *stack;
 
 if ((stack = (struct stack *)malloc(sizeof(struct stack))) == NULL)
 return NULL;
 stack->top = NULL;
 stack->free = NULL;
 stack->size = 0;
 return stack;
}
 
stack *stackPush(stack *stack, void *value)
{
 stackNode *node;
 
 if ((node = (stackNode *)malloc(sizeof(stackNode))) == NULL)
 return NULL;
 node->value = value;
 node->next = (stack->size == 0) ? NULL : stack->top;
 stack->top = node;
 stack->size++;
 return stack;
}
 
stackNode *stackPop(stack *stack)
{
 stackNode *node;
 
 node = stack->top;
 if (stack->size != 0) {
 stack->top = node->next;
 stack->size--;
 }
 return node;
}
 
void stackClear(stack *stack)
{
 unsigned long size;
 stackNode *current, *next;
 
 current = stack->top;
 size = stack->size;
 while (size--) {
 next = current->next;
 if (stack->free) stack->free(current->value);
 free(current);
 current = next;
 }
 free(stack);
}

這裡的實作附設了一個頭節點，主要用於註冊與棧節點操作相關的函數。我們把棧的大小資訊也存了進去，這樣就可以在O(1)的時間內取得目前棧大小了！

Python實作

在Python中，list其實可以直接當作堆疊使用，如果你只在它的一端進行操作的話。當然我們也可以簡單封裝一下：

class Stack(object):
 
 """A stack encapsulation based on list."""
 
 def __init__(self):
 self.items = []
 
 def empty(self):
 return self.items == []
 
 def clear(self):
 del self.items[:]
 
 @property
 def size(self):
 return len(self.items)
 
 def push(self, item):
 """Add a new item to the top of the stack."""
 self.items.insert(0, item)
 
 def pop(self):
 """Remove the top item from the stack."""
 return self.items.pop(0)
 
 def top(self):
 """Return the top item from the stack but not
 remove it.
 """
 return self.items[0]
 
 def __iter__(self):
 return iter(self.items)
 
 def __next__(self):
 return self.pop()

應用

下面介紹幾個堆疊的典型應用。

括號符合

給你一個算術表達式或一段C程式碼，如何寫一個程式驗證它其中的括號是否符合？借助棧，可以很容易實現。演算法流程如下：

遍歷字元：

     1.如果是左括號，push入棧；

    棧pop出棧的左括號與右括號類型不一樣，表示不符；

     遍歷結束後，若堆疊不為空，則表示不符。

def check_pares(exp):
 """Check if parentheses match in a expression."""
 stack = Stack()
 pares = {')': '(', ']': '[', '}': '{'}
 for x in exp:
 if x in '([{':
 stack.push(x)
 elif x in ')]}':
 if stack.empty() or pares[x] != stack.pop():
 return False
 return True if stack.empty() else False

數制轉換

以十進制轉二進制為例：

def dec2bin(dec):
 """Converting decimal number to binary string."""
 if dec == 0:
 return '0'
 stack = Stack()
 while dec:
 r = dec % 2
 stack.push(r)
 dec = dec // 2
 return ''.join(str(digit) for digit in stack)

模擬遞歸

叉樹算是經典的遞歸應用了應用遞歸應用。我們以先序遍歷為例，遞歸版本的程式碼很容易寫：

def preorder_traversal(root):
 """
 1
 / \
 2 3
 / \ \
 4 5 6
 """
 if not root:
 return
 print(root.val)
 preorder_traversal(root.lchild)
 preorder_traversal(root.rchild)

下面是非遞歸的版本：

def preorder_traversal(root)
 s = Stack()
 while s.size or root:
 if root:
 print(root.val)
 s.push(root)
 root = root.lchild
 else:
 root = s.pop().rchild

總結

以上就是如何用典型的全部語言和Python實作內容，希望對大家的學習有幫助，也希望大家繼續支持PHP中文網。

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