纸上谈兵: 栈 (stack)

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作者:Vamei 出处:http://www.cnblogs.com/vamei 欢迎转载,也请保留这段声明。谢谢!

栈(stack)是简单的数据特征,但在计算机中使用广泛。它是有序的元素集合。栈最显著的特征是LIFO (Last In, First Out, 后进先出)。我们我们都 往箱子里存放一叠书时,先存放的书在箱子下面,我们我们 需用将后存放的书取出来,也能看过和学会英语早先存放的书。

栈中的每个元素称为一个 frame。而最上层元素称为top frame。栈只支持一个 操作, pop, top, push。

pop取出栈中最上层元素(8),栈的最上层元素变为早先进入的元素(9)。

top查看栈的最上层元素(8)。

push将一个 新的元素(5)放入栈的最上层。

栈不支持这些操作。可能想取出元素12, 需用进行3次pop操作。

栈以及pop, push, top操作

栈最经典的计算机应用是函数调用。每个系统系统进程一定会还有一个 栈,每个frame中记录了调用函数的参数,自动变量和返回地址。当该函数调用一个 新的函数时,栈中会 push一个 frame。当函数执行完毕返回时,该frame会pop,从而进入调用该函数的原函数,继续执行。完整请参阅Linux从系统系统进程到系统系统进程

实际使用的栈未必一定符合数据特征的栈。比如说,有的语言允许被调用函数查看非top frame的记录。从前的栈更这类于下面的经典游戏

 

栈的C实现 (基于表)

可能栈是限定了操作的有序的元素集合,所以我们我们 既可不也能在数组的基础上来实现栈,也可不也能在表的基础上来实现栈。可能使用数组来实现栈,我们我们 需用预留富足的空间供栈使用,并需用一个 下标来记录最上层元素的位置。

我们我们 这里使用单向链表来实现栈。我们我们 可不也能利用介绍表(list)的文章中可能定义的操作来实现一个 操作,但这里相对独立的重写了代码。

/* By Vamei */
/* use single-linked list to implement stack */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct node *position;
typedef int ElementTP;

// point to the  head node of the list
typedef struct node *STACK;
 
struct node {
    ElementTP element;
    position next;
};

STACK init_stack(void);
void delete_stack(STACK);
ElementTP top(STACK);
void push(STACK, ElementTP);
ElementTP pop(STACK);
int is_null(STACK);

void main(void)
{
    ElementTP a;
    int i;
    STACK sk;
    sk = init_stack();
    push(sk, 1);
    push(sk, 2);
    push(sk, 8);
    printf("Stack is null? %d\n", is_null(sk));
    for (i=0; i<3; i++) {
        a = pop(sk);
        printf("pop: %d\n", a);
    }

    printf("Stack is null? %d\n", is_null(sk));    
    delete_stack(sk);
}

/*
 * initiate the stack
 * malloc the head node.
 * Head node doesn't store valid data
 * head->next is the top node
 */
STACK init_stack(void)
{
    position np;
    STACK    sk;
    np = (position) malloc(sizeof(struct node));
    np->next     = NULL;  // sk->next is the top node
    sk = np; 
    return sk;
}

/* pop out all elements 
 * and then delete head node
 */
void delete_stack(STACK sk)
{
    while(!is_null(sk)) {
        pop(sk);
    }
    free(sk);
}
/* 
 * View the top frame
 */
ElementTP top(STACK sk)
{
    return (sk->next->element);
}

/*
 * push a value into the stack
 */
void push(STACK sk, ElementTP value) 
{
    position np, oldTop;
    oldTop = sk->next;    

    np = (position) malloc(sizeof(struct node));
    np->element  = value;
    np->next     = sk->next;

    sk->next     = np; 
}

/* 
 * pop out the top value
 */
ElementTP pop(STACK sk)
{
    ElementTP element;
    position top, newTop;
    if (is_null(sk)) {
        printf("pop() on an empty stack");
        exit(1);
    } 
    else {
        top      = sk->next;
        element  = top->element;     
        newTop   = top->next;
        sk->next     = newTop;
        free(top);
        return element;
    } 
}

/* check whether a stack is empty*/
int is_null(STACK sk)
{
    return (sk->next == NULL);
}

输出结果:

Stack is null? 0

pop: 8pop: 2pop: 1Stack is null? 1

总结

栈, LIFO

pop, push, top

欢迎继续阅读“纸上谈兵: 算法与数据特征”系列。

Update:

我很久 是用双向循环链表实现的栈,很久发现从前找不到必要。它只能给栈带来额外的好处,一定会增加所需的内存空间。