阅读:0       作者:严长生

顺序栈基本操作(入栈和出栈)C语言详解

顺序,即用顺序表实现栈存储结构。通过前面的学习我们知道,使用栈存储结构操作数据元素必须遵守 "先进后出" 的原则,本节就 "如何使用顺序表模拟栈以及实现对栈中数据的基本操作(出栈和入栈)" 给大家做详细介绍。

如果你仔细观察顺序表(底层实现是数组)和栈结构就会发现,它们存储数据的方式高度相似,只不过栈对数据的存取过程有特殊的限制,而顺序表没有。

例如,我们先使用顺序表(a 数组)存储 {1,2,3,4},存储状态如 1 所示:

顺序表存储 {1,2,3,4}
图 1 顺序表存储 {1,2,3,4}

同样,使用栈存储结构存储 {1,2,3,4},其存储状态如图 2 所示:

栈结构存储 {1,2,3,4}
图 2 栈结构存储 {1,2,3,4}

通过图 1 和图 2 的对比不难看出,使用顺序表模拟栈结构很简单,只需要将数据从 a 数组下标为 0 的位置依次存储即可。

从数组下标为 0 的模拟栈存储数据是常用的方法,从其他数组下标处存储数据也完全可以,这里只是为了方便初学者理解。

了解了顺序表模拟栈存储数据后,接下来看如何模拟栈中元素出栈的操作。由于栈对存储元素出栈的次序有"先进后出"的要求,如果想将图 1 中存储的元素 1 从栈中取出,需先将元素 4、元素 3 和元素 2 依次从栈中取出。

这里给出使用顺序表模拟栈存储结构常用的实现思路,即在顺序表中设定一个实时指向栈顶元素的变量(一般命名为 top),top 初始值为 -1,表示栈中没有存储任何数据元素,及栈是"空栈"。一旦有数据元素进栈,则 top 就做 +1 操作;反之,如果数据元素出栈,top 就做 -1 操作。

顺序栈元素"入栈"

比如,还是模拟栈存储 {1,2,3,4} 的过程。最初,栈是"空栈",即数组是空的,top 值为初始值 -1,如图 3 所示:

空栈示意图
图 3 空栈示意图

首先向栈中添加元素 1,我们默认数组下标为 0 一端表示栈底,因此,元素 1 被存储在数组 a[1] 处,同时 top 值 +1,如图 4 所示:

模拟栈存储元素 1
图 4 模拟栈存储元素 1

采用以上的方式,依次存储元素 2、3 和 4,最终,top 值变为 3,如图 5 所示:

模拟栈存储{1,2,3,4}
图 5 模拟栈存储{1,2,3,4}

因此,C 语言实现代码为:
//元素elem进栈,a为数组,top值为当前栈的栈顶位置
int push(int* a,int top,int elem){
    a[++top]=elem;
    return top;
}
代码中的 a[++top]=elem,等价于先执行 ++top,再执行 a[top]=elem。

顺序栈元素"出栈"

其实,top 变量的设置对模拟数据的 "入栈" 操作没有实际的帮助,它是为实现数据的 "出栈" 操作做准备的。

比如,将图 5 中的元素 2 出栈,则需要先将元素 4 和元素 3 依次出栈。需要注意的是,当有数据出栈时,要将 top 做 -1 操作。因此,元素 4 和元素 3 出栈的过程分别如图 6a) 和 6b) 所示:

数据元素出栈
图 6 数据元素出栈

注意,图 6 数组中元素的消失仅是为了方便初学者学习,其实,这里只需要对 top 值做 -1 操作即可,因为 top 值本身就表示栈的栈顶位置,因此 top-1 就等同于栈顶元素出栈。并且后期向栈中添加元素时,新元素会存储在类似元素 4 这样的旧元素位置上,将旧元素覆盖。

元素 4 和元素 3 全部出栈后,元素 2 才能出栈。因此,使用顺序表模拟数据出栈操作的 C 语言实现代码为:
//数据元素出栈
int pop(int * a,int top){
    if (top==-1) {
        printf("空栈");
        return -1;
    }
    printf("弹栈元素:%d\n",a[top]);
    top--;
    return top;
}
代码中的 if 语句是为了防止用户做 "栈中已无数据却还要数据出栈" 的错误操作。代码中,关于对栈中元素出栈操作的实现,只需要 top 值 -1 即可。

总结

通过学习顺序表模拟栈中数据入栈和出栈的操作,初学者完成了对顺序栈的学习,这里给出顺序栈及对数据基本操作的 C 语言完整代码:
#include <stdio.h>
//元素elem进栈
int push(int* a,int top,int elem){
    a[++top]=elem;
    return top;
}
//数据元素出栈
int pop(int * a,int top){
    if (top==-1) {
        printf("空栈");
        return -1;
    }
    printf("弹栈元素:%d\n",a[top]);
    top--;
    return top;
}
int main() {
    int a[100];
    int top=-1;
    top=push(a, top, 1);
    top=push(a, top, 2);
    top=push(a, top, 3);
    top=push(a, top, 4);
    top=pop(a, top);
    top=pop(a, top);
    top=pop(a, top);
    top=pop(a, top);
    top=pop(a, top);
    return 0;
}
程序输出结果为:

弹栈元素:4
弹栈元素:3
弹栈元素:2
弹栈元素:1
空栈