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引言
客棧是打算機科學中一種基本的數據構造，它遵守掉落隊先出（LIFO）的原則。在C言語編程中，客棧的利用非常廣泛，從簡單的函數挪用到複雜的演算法實現，都離不開客棧的支撐。本文將經由過程實戰例題剖析，幫助讀者深刻懂得C言語客棧的道理與利用，輕鬆控制數據構造精華。
客棧基本知識
1.1 棧的定義
棧是一種線性數據構造，它支撐兩種基本操縱：入棧（push）跟出棧（pop）。棧中的元素按照拔出次序陳列，最後拔出的元素開始被移除。
1.2 棧的實現
在C言語中，棧可能經由過程數組或鏈表實現。數組實現的棧稱為次序棧，鏈表實現的棧稱為鏈棧。
1.3 棧的屬性
- 棧是進步後出的數據構造。
- 棧存在牢固的容量，超越容量將無法持續增加元素。
- 棧的操縱包含：初始化、入棧、出棧、斷定能否為空、斷定能否已滿等。
次序棧的實現
次序棧利用數組實現，以下是一個簡單的次序棧實現示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct {
int data[MAXSIZE];
int top;
} SeqStack;
// 初始化棧
void InitStack(SeqStack *s) {
s->top = -1;
}
// 斷定棧能否為空
int IsEmpty(SeqStack *s) {
return s->top == -1;
}
// 斷定棧能否滿
int IsFull(SeqStack *s) {
return s->top == MAXSIZE - 1;
}
// 入棧
void Push(SeqStack *s, int x) {
if (IsFull(s)) {
printf("棧滿，無法入棧。\n");
return;
}
s->data[++s->top] = x;
}
// 出棧
int Pop(SeqStack *s) {
if (IsEmpty(s)) {
return -1;
}
return s->data[s->top--];
}
鏈棧的實現
鏈棧利用鏈表實現，以下是一個簡單的鏈棧實現示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct node {
int data;
struct node *next;
} LsNode;
typedef struct {
LsNode *base;
LsNode *top;
int stackSize;
} LStack;
// 創建棧
LStack *CreateLsStack() {
LStack *s = (LStack *)malloc(sizeof(LStack));
s->base = (LsNode *)malloc(sizeof(LsNode));
if (!s->base) {
printf("內存分配掉敗。\n");
exit(0);
}
s->base->next = NULL;
s->top = s->base;
s->stackSize = 0;
return s;
}
// 元素進棧
int Pus
// 初始化棧
void StackInit(ST *ps) {
assert(ps);
ps->arr = NULL;
ps->capacity = ps->top = 0;
}
// 入棧
int Push(ST *ps, Datatype x) {
if (ps->top == ps->capacity - 1) {
return ERROR;
}
ps->arr[++ps->top] = x;
return OK;
}
// 出棧
int Pop(ST *ps, Datatype *x) {
if (ps->top == -1) {
return ERROR;
}
*x = ps->arr[ps->top--];
return OK;
}
// 燒毀棧
void StackDestroy(ST *ps) {
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
ps->capacity = ps->top = 0;
}
實戰例題剖析
例題1：實現一個函數，斷定一個字元串能否為有效的括弧序列。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct {
char data[MAXSIZE];
int top;
} SeqStack;
void InitStack(SeqStack *s) {
s->top = -1;
}
int IsEmpty(SeqStack *s) {
return s->top == -1;
}
int IsFull(SeqStack *s) {
return s->top == MAXSIZE - 1;
}
void Push(SeqStack *s, char x) {
if (IsFull(s)) {
printf("棧滿，無法入棧。\n");
return;
}
s->data[++s->top] = x;
}
char Pop(SeqStack *s) {
if (IsEmpty(s)) {
return -1;
}
return s->data[s->top--];
}
int isValid(char *s) {
SeqStack stack;
InitStack(&stack);
for (int i = 0; s[i] != '\0'; i++) {
if (s[i] == '(' || s[i] == '{' || s[i] == '[') {
Push(&stack, s[i]);
} else if (s[i] == ')' || s[i] == '}' || s[i] == ']') {
if (IsEmpty(&stack)) {
return 0;
}
char c = Pop(&stack);
if ((s[i] == ')' && c != '(') || (s[i] == '}' && c != '{') || (s[i] == ']' && c != '[')) {
return 0;
}
}
}
return IsEmpty(&stack);
}
int main() {
char *s1 = "{[]}";
char *s2 = "{[)]}";
printf("s1: %s\n", isValid(s1) ? "有效" : "有效");
printf("s2: %s\n", isValid(s2) ? "有效" : "有效");
return 0;
}
例題2：實現一個函數，打算逆波蘭表達式（後綴表達式）的值。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct {
int data[MAXSIZE];
int top;
} SeqStack;
void InitStack(SeqStack *s) {
s->top = -1;
}
int IsEmpty(SeqStack *s) {
return s->top == -1;
}
int IsFull(SeqStack *s) {
return s->top == MAXSIZE - 1;
}
void Push(SeqStack *s, int x) {
if (IsFull(s)) {
printf("棧滿，無法入棧。\n");
return;
}
s->data[++s->top] = x;
}
int Pop(SeqStack *s) {
if (IsEmpty(s)) {
return -1;
}
return s->data[s->top--];
}
int precedence(char op) {
if (op == '+' || op == '-') {
return 1;
} else if (op == '*' || op == '/') {
return 2;
}
return 0;
}
int evaluate(char *exp) {
SeqStack stack;
InitStack(&stack);
for (int i = 0; exp[i] != '\0'; i++) {
if (isdigit(exp[i])) {
Push(&stack, exp[i] - '0');
} else if (exp[i] == '+' || exp[i] == '-' || exp[i] == '*' || exp[i] == '/') {
int a = Pop(&stack);
int b = Pop(&stack);
int result = 0;
switch (exp[i]) {
case '+':
result = b + a;
break;
case '-':
result = b - a;
break;
case '*':
result = b * a;
break;
case '/':
result = b / a;
break;
}
Push(&stack, result);
}
}
return Pop(&stack);
}
int main() {
char *exp1 = "3+5*8";
char *exp2 = "3+5*8-2/4";
printf("exp1: %d\n", evaluate(exp1));
printf("exp2: %d\n", evaluate(exp2));
return 0;
}
總結
經由過程以上實戰例題剖析，信賴讀者曾經對C言語客棧的道理與利用有了更深刻的懂得。在現實編程中，純熟控制客棧數據構造，將有助於處理各種複雜成績。