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堆疊有幾種實作方式？

coldplay.xixi

Jun 28, 2020 am 11:42 AM

堆疊實現方式

堆疊有3種實作方式，實作方式為：1、靜態數組堆棧，要求結構的長度固定，長度在編譯時候就得確定；2、動態數組堆棧，長度可以在運行時候才確定以及可以更改原來數組的長度；3、鍊式結構堆棧，無長度上線，需要的時候再申請分配記憶體空間。

堆疊有幾種實作方式？

堆疊有3種實作方式，實作方式為：

一、靜態陣列堆疊

　　在靜態數組堆疊中，STACK_SIZE表示堆疊所能儲存的元素的最大值，用top_element作為數組下標來表示堆疊裡面的元素，當top_element == -1的時候表示堆疊為空；當top_element == STACK_SIZE - 1的時候表示堆疊為滿。 push的時候top_element加1，top_element == 0時表示第一個堆疊元素；pop的時候top_element減1。

a_stack.c 原始碼如下：

[cpp] view plain copy
/* 
**  
** 静态数组实现堆栈程序 a_stack.c ，数组长度由#define确定 
*/  
  
#include"stack.h"  
#include<assert.h>  
#include<stdio.h>  
  
#define STACK_SIZE 100 /* 堆栈最大容纳元素数量 */  
  
/* 
** 存储堆栈中的数组和一个指向堆栈顶部元素的指针 
*/  
static STACK_TYPE stack[STACK_SIZE];  
static int top_element = -1;  
  
/* push */  
void push(STACK_TYPE value)  
{  
    assert(!is_full()); /* 压入堆栈之前先判断是否堆栈已满*/  
    top_element += 1;  
    stack[top_element] = value;  
}  
  
/* pop */  
void pop(void)  
{  
    assert(!is_empty()); /* 弹出堆栈之前先判断是否堆栈已空 */  
    top_element -= 1;  
}  
  
/* top */  
STACK_TYPE top(void)  
{  
    assert(!is_empty());  
    return stack[top_element];  
}  
  
/* is_empty */  
int is_empty(void)  
{  
    return top_element == -1;  
}  
  
/* is_full */  
int is_full(void)  
{  
    return top_element == STACK_SIZE - 1;  
}  
  
/* 
** 定义一个print函数，用来打印堆栈里面的元素。 
*/  
void print(void)  
{  
    int i;  
    i = top_element;  
    printf("打印出静态数组堆栈里面的值: ");  
    if(i == -1)  
        printf("这是个空堆栈\n");  
    while(i!= -1)  
        printf("%d ",stack[i--]);  
    printf("\n");  
}  
int main(void)  
{  
    print();  
    push(10); push(9); push(7); push(6); push(5);  
    push(4);  push(3); push(2); push(1); push(0);  
    printf("push压入数值后：\n");  
    print();  
    printf("\n");  
    pop();  
    pop();  
    printf("经过pop弹出几个元素后的堆栈元素:\n");  
    print();  
    printf("\n");  
    printf("top()调用出来的值: %d\n",top());  
    return 1;  
}

　　結果如下圖：

堆疊有幾種實作方式？

二、動態陣列堆疊

　　頭檔還是用stack.h，改動的並不是很多，增加了stack_size變數取代STACK_SIZE來保存堆疊的長度，數組由一個指標來代替，在全域變數下預設為0。

　　create_stack函數首先檢查堆疊是否已經創建，然後才分配所需數量的記憶體並檢查分配是否成功。 destroy_stack函數先檢查堆疊是否存在，已經釋放記憶體之後把長度和指標變數重新設定為零。 is_empty 和 is_full 函數中加入了一條斷言，防止任何堆疊函數在堆疊被建立之前就被呼叫。

d_stack.c原始程式碼如下：

[cpp] view plain copy
/* 
** 动态分配数组实现的堆栈程序 d_stack.c 
** 堆栈的长度在创建堆栈的函数被调用时候给出，该函数必须在任何其他操作堆栈的函数被调用之前条用。 
*/  
#include"stack.h"  
#include<stdio.h>  
#include<malloc.h>  
#include<assert.h>  
  
/* 
** 用于存储堆栈元素的数组和指向堆栈顶部元素的指针 
*/  
static STACK_TYPE *stack;  
static int        stack_size;  
static int        top_element = -1;  
  
/* create_stack */  
void create_stack(size_t size)  
{  
    assert(stack_size == 0);  
    stack_size = size;  
    stack = (STACK_TYPE *)malloc(stack_size * sizeof(STACK_TYPE));  
    if(stack == NULL)  
        perror("malloc分配失败");  
}  
  
/* destroy */  
void destroy_stack(void)  
{  
    assert(stack_size > 0);  
    stack_size = 0;  
    free(stack);  
    stack = NULL;  
}  
  
/* push */  
void push(STACK_TYPE value)  
{  
    assert(!is_full());  
    top_element += 1;  
    stack[top_element] = value;  
}  
  
/* pop */  
void pop(void)  
{  
    assert(!is_empty());  
    top_element -= 1;  
}  
  
/* top */  
STACK_TYPE top(void)  
{  
    assert(!is_empty());  
    return stack[top_element];  
}  
  
/* is_empty */  
int is_empty(void)  
{  
    assert(stack_size > 0);  
    return top_element == -1;  
}  
  
/* is_full */  
int is_full(void)  
{  
    assert(stack_size > 0);  
    return top_element == stack_size - 1;  
}  
  
  
/* 
** 定义一个print函数，用来打印堆栈里面的元素。 
*/  
void print(void)  
{  
    int i;  
    i = top_element;  
    printf("打印出动态数组堆栈里面的值: ");  
    if(i == -1)  
        printf("这是个空堆栈\n");  
    while(i!= -1)  
        printf("%d ",stack[i--]);  
    printf("\n");  
}  
int main(void)  
{  
    create_stack(50);  
    print();  
    push(10); push(9); push(7); push(6); push(5);  
    push(4);  push(3); push(2); push(1); push(0);  
    printf("push压入数值后：\n");  
    print();  
    printf("\n");  
    pop();  
    pop();  
    printf("经过pop弹出几个元素后的堆栈元素:\n");  
    print();  
    printf("\n");  
    printf("top()调用出来的值: %d\n",top());  
    destroy_stack();  
    return 1;  
}

　　結果如下圖：

堆疊有幾種實作方式？

#三、鏈式堆疊

　　由於只有堆疊頂部元素才可以被訪問，因此適用單鍊錶可以很好實現鍊式堆疊，而且無長度限制。把一個元素壓入堆疊是透過在鍊錶頭部添加一個元素來實現。彈出一個元素是透過刪除鍊錶頭部第一個元素來實現。由於沒有長度限制，故不需要create_stack函數，需要destroy_stack進行釋放記憶體以避免記憶體洩漏。

頭檔stack.h不變，l_stack.c原始程式碼如下：

[cpp] view plain copy
/* 
** 单链表实现堆栈，没有长度限制 
*/  
#include"stack.h"  
#include<stdio.h>  
#include<malloc.h>  
#include<assert.h>  
  
#define FALSE 0  
  
/* 
** 定义一个结构以存储堆栈元素。 
*/  
typedef struct STACK_NODE  
{  
    STACK_TYPE value;  
    struct STACK_NODE *next;  
} StackNode;  
  
/* 指向堆栈中第一个节点的指针 */  
static StackNode *stack;  
  
/* create_stack */  
void create_stack(size_t size)  
{}  
  
/* destroy_stack */  
void destroy_stack(void)  
{  
    while(!is_empty())  
        pop();  /* 逐个弹出元素，逐个释放节点内存 */  
}  
  
/* push */  
void push(STACK_TYPE value)  
{  
    StackNode *new_node;  
    new_node = (StackNode *)malloc(sizeof(StackNode));  
    if(new_node == NULL)  
        perror("malloc fail");  
    new_node->value = value;  
    new_node->next = stack;  /* 新元素插入链表头部 */  
    stack = new_node;       /* stack 重新指向链表头部 */  
}  
  
/* pop */  
void pop(void)  
{  
    StackNode *first_node;  
      
    assert(!is_empty());  
    first_node = stack;  
    stack = first_node->next;  
    free(first_node);  
}  
  
/* top */  
STACK_TYPE top(void)  
{  
    assert(!is_empty());  
    return stack->value;  
}  
  
/* is_empty */  
int is_empty(void)  
{  
    return stack == NULL;  
}  
  
/* is_full */  
int is_full(void)  
{  
    return FALSE;  
}  
  
  
/* 
** 定义一个print函数，用来打印堆栈里面的元素。 
*/  
void print(void)  
{  
    StackNode *p_node;  
    p_node = stack;  
    printf("打印出链式堆栈里面的值: ");  
    if(p_node == NULL)  
        printf("堆栈为空\n");  
    while(p_node != NULL)  
    {  
        printf("%d ", p_node->value);  
        p_node = p_node->next;  
    }  
    printf("\n");  
}  
int main(void)  
{  
    print();  
    push(10); push(9); push(7); push(6); push(5);  
    push(4);  push(3); push(2); push(1); push(0);  
    printf("push压入数值后：\n");  
    print();  
    printf("\n");  
    pop();  
    pop();  
    printf("经过pop弹出几个元素后的堆栈元素:\n");  
    print();  
    printf("\n");  
    printf("top()调用出来的值: %d\n",top());  
    destroy_stack();  
    return 1;  
}

　　結果如下圖：

堆疊有幾種實作方式？