C 堆栈(Stack)详解

吼吼啊，今天老哥来给大家讲一讲C语言中的一个重要数据结构——堆栈(Stack)！堆栈在程序设计中非常常见，尤其在处理函数调用、表达式计算等方面非常实用。

首先，我们得清楚一个重要概念——数据结构。简单来说，数据结构就是指一组数据元素和对这些数据元素进行处理的方法的集合。比如，我们可以用数组、链表、树等数据结构来存储和处理数据。

而在C语言中，堆栈就是一种特殊的数据结构。它可以看作是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的线性表，即最后一个入栈的元素最先出栈。

那堆栈的操作是怎样的呢？主要有两个操作：压栈（Push）和弹栈（Pop）。

压栈，即把元素加入到堆栈的顶端。比如，我们可以通过如下代码来实现压栈操作：

```

#define STACK_SIZE 100 // 堆栈的最大容量

int stack[STACK_SIZE];

int top = -1; // 栈顶元素的下标，-1表示堆栈为空

void push(int value) {

if (top == STACK_SIZE - 1) {

printf("Stack overflow!\n");

return; // 如果堆栈已满则打印提示信息并退出函数

}

stack[++top] = value; // 栈顶元素下标加一并赋值

}

```

上面的代码定义了一个大小为100的堆栈数组和一个栈顶元素下标。每当我们要加入一个元素时，首先会检查堆栈是否已满，如果没满则将元素加入到栈顶并将栈顶元素下标加一。需要注意的是，我们约定栈顶的下标为-1，表示堆栈为空。

接下来，我们来看一下弹栈的操作。弹栈即将堆栈顶端的元素移除，同时返回该元素。比如，我们可以通过如下代码来实现弹栈操作：

```

int pop() {

if (top == -1) {

printf("Stack underflow!\n");

return -1; // 如果堆栈为空则打印提示信息并返回-1

}

return stack[top--]; // 返回栈顶元素并将栈顶元素下标减一

}

```

上面的代码会检查堆栈是否为空，如果为空则打印提示信息并返回-1。否则，将栈顶元素弹出并返回该元素。

除了Push和Pop，堆栈还有一个很重要的操作——Peek，即查看堆栈顶端的元素而不将其移除。比如，我们可以通过如下代码来实现Peek操作：

```

int peek() {

return stack[top];

}

```

上面的代码直接返回堆栈顶端的元素，而不将其移除。

堆栈的常用场景非常多，比如表达式计算、函数调用等都需要利用堆栈来实现。比如，我们可以通过堆栈来实现中缀表达式转换成后缀表达式：

```

#define STACK_SIZE 100 // 堆栈的最大容量

int stack[STACK_SIZE];

int top = -1; // 栈顶元素的下标，-1表示堆栈为空

int is_operator(char ch) { // 判断是否为运算符

return ch == '+' || ch == '-' || ch == '*' || ch == '/';

}

int op_precedence(char op) { // 获取运算符优先级

switch (op) {

case '+':

case '-':

return 1;

case '*':

case '/':

return 2;

default:

return 0;

}

}

void infix_to_postfix(char *infix, char *postfix) {

int i = 0, j = 0;

while (infix[i] != '\0') {

if (is_operator(infix[i])) { // 如果是运算符

while (top != -1 && is_operator(stack[top]) &&

op_precedence(stack[top]) >= op_precedence(infix[i])) {

postfix[j++] = pop(); // 弹出堆栈元素并将其加入到后缀表达式中

}

push(infix[i]); // 如果堆栈为空或栈顶元素不是运算符或当前运算符优先级大于栈顶运算符，则将当前运算符压入堆栈

} else if (infix[i] == '(') { // 如果是左括号

push(infix[i]); // 直接将其压入堆栈

} else if (infix[i] == ')') { // 如果是右括号

while (top != -1 && stack[top] != '(') {

postfix[j++] = pop(); // 弹出堆栈元素并将其加入到后缀表达式中

}

if (top == -1) {

printf("Error: Unmatched parentheses!\n");

return; // 如果堆栈为空或栈顶元素不是左括号，则说明括号不匹配

}

pop(); // 弹出左括号

} else { // 如果是操作数

postfix[j++] = infix[i]; // 直接将其加入到后缀表达式中

}

i++; // 处理下一个字符

}

while (top != -1) {

if (stack[top] == '(') {

printf("Error: Unmatched parentheses!\n");

return; // 如果还有左括号，则说明括号不匹配

}

postfix[j++] = pop(); // 弹出堆栈元素并将其加入到后缀表达式中

}

postfix[j] = '\0'; // 将后缀表达式的最后一个字符设为'\0'

}

```

上面的代码定义了一个函数infix_to_postfix，用来将中缀表达式转换成后缀表达式。

首先，我们定义了一个判断是否为运算符的函数is_operator和一个获取运算符优先级的函数op_precedence。然后，我们迭代中缀表达式中的每一个字符。如果是运算符，就判断当前运算符和堆栈顶部的运算符的优先级关系，如果当前运算符优先级较大，则将其压入堆栈；否则，将堆栈顶部元素弹出并加入到后缀表达式中，直到当前运算符可以被压入到堆栈。如果是左括号，则直接将其压入堆栈；如果是右括号，则弹出堆栈中的元素并加入到后缀表达式中，直到找到与之匹配的左括号；如果是操作数，则将其直接加入到后缀表达式中。

最后，我们需要弹出堆栈中剩余的元素并加入到后缀表达式中，这里需要注意括号是否匹配的问题。

好了，今天我们就来到这里，上面的例子只是堆栈的一个应用，堆栈的应用场景还非常非常多，大家可以自己去搜索一下哦。老哥今天讲得可能有点啰嗦了，希望大家能够理解和掌握堆栈这个重要的数据结构！ www.0574web.net 宁波海美seo网络优化公司 是网页设计制作，网站优化，企业关键词排名，网络营销知识和开发爱好者的一站式目的地，提供丰富的信息、资源和工具来帮助用户创建令人惊叹的实用网站。 该平台致力于提供实用、相关和最新的内容，这使其成为初学者和经验丰富的专业人士的宝贵资源。