堆栈是一种抽象数据类型(ADT)，通常在大多数编程语言中使用。它被称为堆栈，因为它的行为类似于现实中的堆栈，例如，一副纸牌或一堆盘子等。

实际堆栈仅允许在一端进行操作。例如，我们只能从堆栈顶部放置或取出卡或板。同样，堆栈ADT仅允许在一端进行所有数据操作。在任何给定时间，我们只能访问堆栈的顶部元素。

此功能使其成为LIFO数据结构。 LIFO代表后进先出。在此，首先访问最后放置(插入或添加)的元素。在堆栈术语中，插入操作称为PUSH操作，而删除操作称为POP操作。

堆栈表示

下图描述了堆栈及其操作-

堆栈可以通过数组，结构，指针和链表实现。堆栈可以是固定大小的堆栈，也可以具有动态调整大小的感觉。在这里，我们将使用数组来实现堆栈，这使其成为固定大小的堆栈实现。

基本操作

堆栈操作可能涉及初始化堆栈，使用堆栈然后取消初始化。除了这些基本内容，堆栈还用于以下两个主要操作-

• push() -在堆栈中压入(存储)一个元素。

• pop() -从堆栈中删除(访问)元素。

将数据压入堆栈时。

为了有效地使用堆栈，我们还需要检查堆栈的状态。出于相同的目的，以下功能被添加到堆栈中-

• peek() -获取堆栈的顶部数据元素，而不删除它。

• isFull() -检查堆栈是否已满。

• isEmpty() -检查堆栈是否为空。

在任何时候，我们都维护一个指向堆栈中最后一个PUSHed数据的指针。由于此指针始终代表堆栈的顶部，因此命名为top 。顶部指针提供了堆栈的最高值，而没有实际删除它。

首先，我们应该了解支持堆栈功能的过程-

窥视()

peek()函数的算法-

begin procedure peek
   return stack[top]
end procedure

用C编程语言实现peek()函数-

例

int peek() {
   return stack[top];
}

已满()

isfull()函数的算法-

begin procedure isfull

   if top equals to MAXSIZE
      return true
   else
      return false
   endif
   
end procedure

用C编程语言实现isfull()函数-

例

bool isfull() {
   if(top == MAXSIZE)
      return true;
   else
      return false;
}

是空的()

isempty()函数的算法-

begin procedure isempty

   if top less than 1
      return true
   else
      return false
   endif
   
end procedure

用C编程语言实现isempty()函数略有不同。我们将top初始化为-1，因为数组中的索引从0开始。因此，我们检查top是否小于零或-1以确定堆栈是否为空。这是代码-

例

bool isempty() {
   if(top == -1)
      return true;
   else
      return false;
}

推送操作

将新数据元素放入堆栈的过程称为推入操作。推送操作涉及一系列步骤-

• 步骤1-检查堆栈是否已满。

• 步骤2-如果堆栈已满，则产生错误并退出。

• 步骤3-如果堆栈未满，则从顶部开始递增以指向下一个空白空间。

• 步骤4-将数据元素添加到顶部指向的堆栈位置。

• 步骤5-返回成功。

如果使用链表来实现堆栈，则在步骤3中，我们需要动态分配空间。

PUSH操作的算法

推操作的简单算法可以得出如下-

begin procedure push: stack, data

   if stack is full
      return null
   endif
   
   top ← top + 1
   stack[top] ← data

end procedure

用C实现该算法非常容易。参见以下代码-

例

void push(int data) {
   if(!isFull()) {
      top = top + 1;   
      stack[top] = data;
   } else {
      printf("Could not insert data, Stack is full.\n");
   }
}

弹出操作

在将内容从堆栈中删除的同时访问内容称为弹出操作。在pop()操作的数组实现中，实际上未删除数据元素，而是将top递减到堆栈中的较低位置以指向下一个值。但是在链接列表实现中，pop()实际上会删除数据元素并重新分配内存空间。

弹出操作可能涉及以下步骤-

• 步骤1-检查堆栈是否为空。

• 步骤2-如果堆栈为空，则产生错误并退出。

• 步骤3-如果堆栈不为空，则访问顶部指向的数据元素。

• 步骤4-将top的值减小1。

• 步骤5-返回成功。

弹出操作算法

Pop操作的简单算法可以得出如下：

begin procedure pop: stack

   if stack is empty
      return null
   endif
   
   data ← stack[top]
   top ← top - 1
   return data

end procedure

此算法在C中的实现如下-

例

int pop(int data) {

   if(!isempty()) {
      data = stack[top];
      top = top - 1;   
      return data;
   } else {
      printf("Could not retrieve data, Stack is empty.\n");
   }
}

有关使用C编程语言的完整堆栈程序，请单击此处。