关于栈及其应用示例
最后更新于：2022-04-01 15:58:08
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http://blog.csdn.net/pony_maggie/article/details/30802249
作者:小马
作为一种常用的数据结构, 了解栈对于算法的学习是非常必要的。栈有先进后出的特点，栈底指向数据表中的第一个元素，栈顶指向最后一个元素的下一个位置。如下图所示:
栈和线性表类似，也是有两种存储结构，分别为顺序结构和链式结构。大部分情况下，栈使用前者，这和它的使用场景有关，因为通常情况下我们不会对栈进行频繁地，随机地插入，删除操作。下面是我用顺序结构实现的栈，这个栈有个特点就是它的通用性，因为我并没有限制它所存储的数据类型，代码如下:
~~~
//void**其为双指针，意味入栈和出栈的将只是对应数据的地址，而不需要对数据本身进行拷贝
typedef struct
{
char *base;
char *top;
int elementSize; //元素所点字节大小
int stackSize; //当前已分配的空间(注意不是元素的实际个数)
}ponyStack;
int InitStack(ponyStack *stack, int elementSize)
{
stack->base = (char *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(char)*elementSize);
if (!stack->base)
{
return RET_ERROR;
}
stack->top = stack->base; //为空
stack->stackSize = STACK_INIT_SIZE;
stack->elementSize = elementSize;
return RET_OK;
}
int ClearStack(ponyStack *stack)
{
stack->top = stack->base;
return RET_OK;
}
bool IsEmptyStack(ponyStack stack)
{
if (stack.top == stack.base)
{
return true;
}
return false;
}
~~~
这里没有贴出全部的代码，更完整的可以从最后的地址那里下载。注意elementSize,这个是栈可以做到通用的核心。不理解的可以再研究一下代码。
看一个栈的使用示例，数制转换。十进制转八进制。例如(1348)十进制= (2504)八进制,它基于如下的原理:
N N/8 N%8
1348 168 4
168 21 0
21 2 5
2 0 2
所以很明显，N不断的除8，每次的余数就是结果的其中一个因子，注意先出来的因子是低位的数，可以考虑用栈来保存每次取余的结果，那么出栈的顺序就是实际的结果顺序。代码很简单：
~~~
int decimalToOctonary(int decimalNumber)
{
double octNumber = 0;
int nCount = 0;
int nTemp = 0;
ponyStack numberStack;
InitStack(&numberStack, 4);
while (decimalNumber)
{
nTemp = (int)decimalNumber%8;
Push(&numberStack, &nTemp);
decimalNumber = decimalNumber/8;
}
nCount = CountOfStack(numberStack);//元素个数也就是位数
while(!IsEmptyStack(numberStack))
{
Pop(&numberStack, &nTemp);
octNumber += (nTemp*pow(10.0, --nCount));
}
DestroyStack(&numberStack);
return (int)octNumber;
}
~~~
再来看一个行编辑程序的示例，用户在终端输入字符，完成后保存用户的数据区， 因为在输入的过程中可能出错，需要修改，所以不可能每输入一个字符就存入数据区。比较好的做法是先在内存里开一个输入的缓冲区，当用户输入完成一行后，再存入数据区。在行内可以修改。例如，当用户发现刚输入的一个字符是错的之后，可以再输入一个'#',表示前一个字符是错的，如果发现当前行输入的错误太多，可以输入一个退行符'@',表示当前行都无效，举个例子:
whli#ilr#e(s#*s)
outcha@putchar(*s=#++)
实际有效的字符是这样的:
while(*s)
putchar(*s++)
可以把内存里这个输入缓冲区定为栈,正常情况下每输入一个字符直接入栈，如果发现字符是'#',就栈顶pop一次，如果是'@'就清空栈.代码实现如下:
~~~
void lineEdit()
{
char ch = 0;
char chTemp = 0;
ponyStack lineStack;
InitStack(&lineStack, 1);
ch = getchar();
while (ch != EOF)
{
while (ch != EOF && ch != '\n')
{
switch (ch)
{
case '#':
Pop(&lineStack, &chTemp);
break;
case '@':
ClearStack(&lineStack);
break;
default:
Push(&lineStack, &ch);
break;
}
ch = getchar();
}
writeToFile(lineStack);//存数据
ClearStack(&lineStack);//准备接收下一行
if (ch != EOF)
{
ch = getchar();
}
}
DestroyStack(&lineStack);
}
~~~
最后一个例子是表达式求值的算法，这个在计算器应用中比较多用到。比如，
求+4*9-16/4
建两个栈，一个存操作数，一个存运算符.为简单起，在运算符栈会预先存一个'#',表示表达式开始，然后以'#'结束。运算规则是这样的:
输入字符，如果是'#'，则结束，如果是操作数，直接进操作数栈。如果是运算符，则跟栈顶的运算符比较，如果栈顶的优先级低,直接进栈，接收下一字符，如果相等，脱括号，接收下一个字符，如果栈顶的优先级高，pop两个操作数，pop栈内操作符，运算，然后运算的结果进操作数栈。当前运算符继续跟栈顶比较。
要实现这个代码，首先要有一个表格，存储我们操作符之间的优先级关系，如下所示:
~~~
static char priority[7][7] = {
'>','>','<','<','<','>','>', // +
'>','>','<','<','<','>','>', // -
'>','>','>','>','<','>','>', // *
'>','>','>','>','<','>','>', // /
'<','<','<','<','<','=',' ', // (
'>','>','>','>',' ','>','>', // )
'<','<','<','<','<',' ','=', // #
};// + - * / ( ) #
~~~
然后实现根据上面的思路，实现起来就比较容易了：
~~~
int evaluateExpression()
{
char chCurrent = 0;
char chOnTop = 0;
char chTemp = 0;
int nResult = 0;
int nTemp = 0;
int a,b;
int nOperandFlag = 0;
ponyStack operatorStack;//运算符栈
ponyStack operandStack; //操作数栈
InitStack(&operatorStack, 1);
chTemp = '#';
Push(&operatorStack, &chTemp);
InitStack(&operandStack, 4);
chCurrent = getchar();
GetTop(operatorStack, &chOnTop);
while ((chCurrent != '#')||(chOnTop != '#'))
{
if (!isOperator(chCurrent))//是操作数,要考虑多位整型数的情况
{
nTemp = nTemp * (int)pow(10.0, nOperandFlag);
nTemp += (int)(chCurrent - '0');
chCurrent = getchar();
nOperandFlag = 1;
}
else
{
if (nOperandFlag == 1)
{
Push(&operandStack, &nTemp);//操作数输入结束，入栈
nOperandFlag = 0;
nTemp = 0;
}
GetTop(operatorStack, &chOnTop);
switch (precede(chOnTop, chCurrent))//比较优先级
{
case '<': //栈顶的优先级小
Push(&operatorStack, &chCurrent);
chCurrent = getchar();
GetTop(operatorStack, &chOnTop);
break;
case '=': //脱括号，接收下个字符
Pop(&operatorStack, &chTemp);
chCurrent = getchar();
GetTop(operatorStack, &chOnTop);
break;
case '>': //栈顶的优先级大，出栈运算，结果入栈
{
Pop(&operandStack, &a);
Pop(&operandStack, &b);
Pop(&operatorStack, &chTemp);
nTemp = operate(a, chTemp, b);
Push(&operandStack, &nTemp);
nTemp = 0;//重置
GetTop(operatorStack, &chOnTop);
}
break;
default:
break;
}
}
}
GetTop(operandStack, &nResult);
DestroyStack(&operatorStack);
DestroyStack(&operandStack);
return nResult;
}
~~~
代码下载地址:
https://github.com/pony-maggie/StackDemo
或
http://download.csdn.net/detail/pony_maggie/7499167