堆栈有几种实现方式？

互联网 20-6-28

堆栈有3种实现方式，实现方式为：1、静态数组堆栈，要求结构的长度固定，而且长度在编译时候就得确定；2、动态数组堆栈，长度可以在运行时候才确定以及可以更改原来数组的长度；3、链式结构堆栈，无长度上线，需要的时候再申请分配内存空间。

堆栈有3种实现方式，实现方式为：

一、静态数组堆栈

　　在静态数组堆栈中，STACK_SIZE表示堆栈所能存储的元素的最大值，用top_element作为数组下标来表示堆栈里面的元素，当top_element == -1的时候表示堆栈为空；当top_element == STACK_SIZE - 1的时候表示堆栈为满。push的时候top_element加1，top_element == 0时表示第一个堆栈元素；pop的时候top_element减1。

a_stack.c 源代码如下：

[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;   }

　　结果如下图：

二、动态数组堆栈

　　头文件还是用stack.h，改动的并不是很多，增加了stack_size变量取代STACK_SIZE来保存堆栈的长度，数组由一个指针来代替，在全局变量下缺省为0。

　　create_stack函数首先检查堆栈是否已经创建，然后才分配所需数量的内存并检查分配是否成功。destroy_stack函数首先检查堆栈是否存在，已经释放内存之后把长度和指针变量重新设置为零。is_empty 和 is_full 函数中添加了一条断言，防止任何堆栈函数在堆栈被创建之前就被调用。

d_stack.c源代码如下：

[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;   }

　　结果如下图：

三、链式堆栈

　　由于只有堆栈顶部元素才可以被访问，因此适用单链表可以很好实现链式堆栈，而且无长度限制。把一个元素压入堆栈是通过在链表头部添加一个元素实现。弹出一个元素是通过删除链表头部第一个元素实现。由于没有长度限制，故不需要create_stack函数，需要destroy_stack进行释放内存以避免内存泄漏。

头文件stack.h不变，l_stack.c源代码如下：

[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;   }

　　结果如下图：