利用C语言实现一个顺序栈

利用C语言实现一个顺序栈
(1) 定义一个顺序栈结构体seqStack，包括两个成员变量，分别为指向顺序栈内存空间的指针data和顺序栈的栈顶位置top;
(2) 实现顺序栈的常用功能，包括1）顺序栈的初始化seqStackInit; 2）入栈seqStackPush; 3）退栈seqStackPop; 4）获取顺序栈栈顶元素seqStackTop;
(3) 分析第（2）题中各个功能的时间复杂度。

运行结果及代码如下：

代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAXLEN 100
//定义数据类型
typedef int elementtype;

//定义顺序栈
typedef struct
{
    elementtype *data;
    int top;
}seqStack;


//初始化栈
void seqStackInit(seqStack* s)
{
    s->data = (int*)malloc(sizeof(int) * MAXLEN);
    s->top = -1;
}


//入栈
int seqStackPush(seqStack* s, elementtype x)
{
    if (s->top == MAXLEN - 1)
        return 0;

    s->top++;
    s->data[s->top] = x;
    return 1;
}
//退栈
int seqStackPop(seqStack* s, elementtype* x)
{
    if (s->top == -1)
        return 0;
    *x = s->data[s->top];
    s->top--;
    return 1;
}
//获取栈顶元素
int seqStackTop(seqStack s, elementtype* e)
{
    if (s.top == -1)
        return 0;
    *e = s.data[s.top];
    return 1;
}





int main()
{
    int op;
    elementtype tmp;
    seqStack stack;
    seqStackInit(&stack); //初始化栈
    while (1)
    {
        system("cls");
        printf("1.入栈\n");
        printf("2.退栈\n");
        printf("3.获取栈顶元素\n");
        printf("0.退出程序\n");
        scanf("%d", &op);
        switch (op)
        {
        case 1:
            printf("请输入要入栈的数：");
            scanf("%d", &tmp);
            seqStackPush(&stack, tmp);
            printf("入栈成功\n");
            break;
        case 2:
            if (seqStackPop(&stack, &tmp))
                printf("退栈元素：%d\n", tmp);
            else
                printf("栈为空\n");
            break;
        case 3:
            if (seqStackTop(stack, &tmp))
                printf("栈顶元素：%d\n", tmp);
            else
                printf("栈为空\n");
            break;
        case 0:
            return 0;
        }
        system("pause");
    }
}

时间复杂度：

seqStackInit：只执行1次语句，所以时间复杂度是 1
seqStackPush：当栈满时，执行2条语句，时间复杂度是2；栈不满时，执行4条语句，时间复杂度是4
seqStackPop：当栈空时，执行2条语句，时间复杂度是2；栈不为空时，执行4条语句，时间复杂度是4
seqStackTop：当栈空时，执行2条语句，时间复杂度是2；栈不为空时，执行3条语句，时间复杂度是3

这几个函数都没有循环，讨论时间复杂度没什么意义。如果用O表示的话，直接用O(1)表示就可以了。

/**
* @brief C语言实现的顺序结构类型的栈
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define TRUE 1
#define FALSE 0

typedef struct Point2D
{
    int x;
    int y;
}ElemType;      //栈元素结构

typedef struct
{
    ElemType *btm;      //栈底
    ElemType *top;      //栈顶
    int height;         //栈高
    int size;           //栈总大小
}ArrStack;      //栈结构

//栈方法声明
ArrStack *CreateStack( int nSize );             ///创建一个大小为nSize的栈
void DestroyStack( ArrStack *pStack );          ///销毁栈 pStack
void ClearStack( ArrStack *pStack );            ///清空栈 pStack 内的元素
int GetHeight( ArrStack *pStack );              ///获取栈 pStack 的高度
int GetSize( ArrStack *pStack );                ///获取栈 pStack 的总容量
int IsEmpty( ArrStack *pStack );                ///检测栈 pStack 是否为空栈
int Push( ArrStack *pStack, ElemType *pt );     ///将元素 pt 压入栈 pStack
int Pop( ArrStack *pStack, ElemType *pt );      ///将栈顶元素出栈到 pt
int GetTop( ArrStack *pStack, ElemType *pt );   ///获取栈顶元素到 pt
void ForEachStack( ArrStack *pStack, void (*func)(ElemType *pt) );      ///从栈底到栈顶的每个元素依次执行 func 函数
void ReForEachStack( ArrStack *pStack, void (*func)(ElemType *pt) );    ///从栈顶到栈底的每个元素依次执行 func 函数


//栈方法实现

/**
* @brief 创建一个大小为 nSize 的栈
*
* @param nSize 栈的初始大小
*
* @return 返回指向创建的栈的指针
*
* @note nSize 初始大小需大于0
*/
ArrStack *CreateStack( int nSize )
{
    //根据栈结构创建一个栈
    ArrStack *pStack = (ArrStack *)malloc( sizeof(ArrStack) );

    //申请栈初始空间
    pStack->btm = (ElemType *)calloc( nSize, sizeof(ElemType) );

    //令栈顶指向栈底元素
    pStack->top = &pStack->btm[0];

    //初始化栈高度为 0
    pStack->height = 0;

    //初始化栈大小为初始大小
    pStack->size = nSize;

    return pStack;
}

/**
* @brief 销毁栈 pStack
*
* @param pStack 指向待销毁的栈的指针
*
* @return void
*/
void DestroyStack( ArrStack *pStack )
{
    //释放栈内元素
    free( pStack->btm );

    //释放栈
    free( pStack );
}

/**
* @brief 清空栈内元素
*
* @param pStack 指向待清空元素的栈的指针
*
* @return void
*/
void ClearStack( ArrStack *pStack )
{
    //令栈顶指向栈底
    pStack->top = &pStack->btm[0];

    //将栈高度置为 0
    pStack->height = 0;
}

/**
* @brief 获取栈 pStack 的高度
*
* @param pStack 指向待获取高度的栈的指针
*
* @param 返回当前栈的高度
*/
int GetHeight( ArrStack *pStack )
{
    return pStack->height;
}

/**
* @brief 获取栈 pStack 的总容量
*
* @param pStack 指向待获取总容量的栈的指针
*
* @return 返回栈的当前总容量
*/
int GetSize( ArrStack *pStack )
{
    return pStack->size;
}

/**
* @brief 检测栈 pStack 是否为空栈
*
* @param pStack 指向待检测的栈的指针
*
* @return 若栈为空, 则返回 TRUE, 否则返回 FALSE
*/
int IsEmpty( ArrStack *pStack )
{
    return pStack->height == 0 ? TRUE : FALSE;
}

/**
* @brief 将元素 pt 压入栈 pStack
*
* @param pStack 指向待压入元素的栈的指针
* @param pt 指向待压入元素的指针
*
* @return 返回成功压入后栈的高度
*/
int Push( ArrStack *pStack, ElemType *pt )
{
    ///检测是否需要扩容
    if( pStack->height == pStack->size )
    {   //需要扩容

        //重新申请于原栈大小2倍大小的栈空间
        ElemType *pe = (ElemType *)calloc( pStack->size * 2, sizeof(ElemType) );

        //将旧栈内容拷贝到新栈内容
        memcpy( pe, pStack->btm, pStack->size * sizeof(ElemType) );

        //重置栈总容量大小
        pStack->size = pStack->size * 2;

        //释放旧栈空间
        free( pStack->btm );

        //将栈底指向新开辟的栈空间
        pStack->btm = pe;

        //栈顶指向新栈最后一个元素
        pStack->top = &pe[pStack->height-1];
    }

    //将新元素压入栈
    pStack->btm[pStack->height].x = pt->x;
    pStack->btm[pStack->height].y = pt->y;

    //栈高度自增一
    ++pStack->height;

    //栈顶指向最新栈元素
    pStack->top = &pStack->btm[pStack->height-1];

    return pStack->height;
}

/**
* @brief 将栈顶元素出栈 到 pt
*
* @param pStack 指向待弹出元素的栈的指针
* @param pt 指向接收弹出的元素的指针
*
* @return 出栈成功则返回出栈后栈的高度, 否则返回 -1
*/
int Pop( ArrStack *pStack, ElemType *pt )
{
    ///是否为空栈
    if( pStack->height == 0 )
        return -1;

    //将栈顶元素赋值到 pt
    pt->x = pStack->top->x;
    pt->y = pStack->top->y;

    //栈高度减一
    --pStack->height;

    //栈顶指向栈顶元素的上一个元素
    pStack->top = &pStack->btm[pStack->height-1];

    return pStack->height;
}

/**
* @brief 获取栈顶元素到 pt
*
* @param pStack 指向待弹出元素的栈的指针
* @param pt 指向接收弹出的元素的指针
*
* @return 获取成功则返回栈顶元素的位置, 否则返回 -1
*
* @note 元素位置由 0 计起
*/
int GetTop( ArrStack *pStack, ElemType *pt )
{
    pt->x = pStack->top->x;
    pt->y = pStack->top->y;

    return pStack->height;
}

/**
* @brief 从栈底到栈顶的每个元素依次执行 func 函数
*
* @param pStack 指向待处理的栈的指针
* @param func 需要执行的函数的指针
*
* @return void
*/
void ForEachStack( ArrStack *pStack, void (*func)(ElemType *pt) )
{
    int i = 0;
    for( i = 0; i <  pStack->height; ++i )
    {
        func( &pStack->btm[i] );
    }
}

/**
* @brief 从栈顶到栈底的每个元素依次执行 func 函数
*
* @param pStack 指向待处理的栈的指针
* @param func 需要执行的函数的指针
*
* @return void
*/
void ReForEachStack( ArrStack *pStack, void (*func)(ElemType *pt) )
{
    int i = pStack->height - 1;
    for( i; i >= 0; --i )
    {
        func( &pStack->btm[i] );
    }
}

//测试

void display( ElemType *pt )
{
    printf( "(%d,%d) ", pt->x, pt->y );
}

int main()
{
    ///测试创建初始大小为 5 的栈
    ArrStack *psk = CreateStack( 5 );

    ///测试 IsEmpty、GetSize、GetHeight
    if( IsEmpty(psk) == TRUE )
        printf( "Stack Size=%d, Stack Height=%d\n", GetSize(psk), GetHeight(psk) );

    ElemType pt;

    int i = 0;
    ///测试Push, 向栈内压入8个元素
    printf( "\n向栈内压入8个元素后:\n" );
    for( i = 0; i < 8; ++i )
    {
        pt.x = pt.y = i;
        Push( psk, &pt );
    }
    //输出压入8个元素后的栈状态
    printf( "Is empty = %d\n", IsEmpty(psk) );
    printf( "Stack size = %d\n", GetSize(psk) );
    printf( "Stack height = %d\n", GetHeight(psk) );

    ///测试 ForEachStack、ReForEachStack
    printf( "\n测试 ForEachStack、ReForEachStack:\n" );
    ForEachStack( psk, display );
    putchar('\n');
    ReForEachStack( psk, display );
    putchar('\n');

    ///测试getTop
    GetTop( psk, &pt );
    printf( "\n栈顶元素为: (%d,%d)\n", pt.x, pt.y );

    ///测试 Pop
    Pop( psk, &pt );
    printf( "\nPop弹出的元素为(%d,%d), 弹出后栈高:%d\n", pt.x, pt.y, GetHeight(psk) );
    Pop( psk, &pt );
    printf( "\nPop弹出的元素为(%d,%d), 弹出后栈高:%d\n", pt.x, pt.y, GetHeight(psk) );

    ///测试Push
    pt.x = pt.y = 100;
    Push( psk, &pt );
    printf( "\nPop压入的元素为(%d,%d), 压入后栈高:%d\n", pt.x, pt.y, GetHeight(psk) );

    ///执行全面出栈操作
    printf( "\n执行全面出栈:\n" );
    int n = GetHeight(psk);
    for( i = 0; i < n; ++i )
    {
        Pop( psk, &pt );
        printf( "Pop弹出的元素为(%d,%d), 弹出后栈高:%d\n", pt.x, pt.y, GetHeight(psk) );
    }

    ///销毁栈
    DestroyStack( psk );

    return 0;
}

运行结果：