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栈与队列之栈入门攻略：从核心概念到数组实现✨

你好！欢迎来到线性表系列的全新篇章——栈与队列篇的第一讲。

在前面的内容中，我们已经吃透了顺序表和链表这两大基础线性表，从底层实现到实战刷题，完成了从理论到实践的跨越。而今天要学习的栈，作为一种特殊的线性表，是数据结构世界里不可或缺的核心角色，它的“后进先出”特性在算法解题、工程开发中都有着广泛应用，比如括号匹配、函数调用栈、表达式求值等场景都离不开它。

准备好了吗？让我们一起解锁栈的核心知识，从概念到实现，彻底掌握这个“个性十足”的线性表！🚀

文章摘要

本文聚焦线性表中的栈结构，系统讲解栈的核心概念、“后进先出”特性及数组/链表两种实现方式的优劣对比，最终选择数组作为最优实现方案。通过完整的工程化代码（头文件+源文件），详细拆解栈的初始化、销毁、入栈、出栈等核心操作，补充top指针两种初始化方式的关键细节，结合软件工程“低耦合、高内聚”思想解析代码设计，夯实栈的底层实现基础。

阅读时长：约20分钟
阅读建议：

1. 基础薄弱者：先吃透栈的核心特性，再对照代码理解实现逻辑
2. 工程开发者：重点关注数组扩容、内存释放等细节，借鉴代码封装思想
3. 面试备考者：牢记栈的特性、实现方式及典型应用场景
4. 查漏补缺者：直接查看代码实现中的关键注释和易错点

一、知识回顾：线性表的核心本质

在学习栈之前，我们先回顾下线性表的核心特征：

• 线性表是数据元素呈线性排列的结构，每个元素有唯一的前驱和后继（除首尾）
• 顺序表：物理存储连续，随机访问快，但插入删除效率低
• 链表：物理存储不连续，插入删除效率高，但随机访问慢

而栈，正是基于线性表实现的受限数据结构——它只允许在一端进行操作，这也让它拥有了独一无二的特性！

二、栈的核心概念：什么是“后进先出”？📚

1. 栈的定义

栈是一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除操作，遵循后进先出（LIFO = Last In First Out）原则。

举个生活中的例子：

• 往弹夹里装子弹：后装进去的子弹，先被打出来 → 这就是栈的“后进先出”
• 叠盘子：最后叠上去的盘子，最先被拿走 → 完美契合栈的特性

2. 栈的关键操作术语

3. 栈的实现方式对比：数组 vs 链表

栈有两种主流实现方式，我们来详细对比优劣，选择最优方案：

✅结论：数组实现栈是最优选择！

• 数组尾插尾删的时间复杂度都是O(1)，完全匹配栈的操作需求
• 虽然存在扩容成本，但扩容频率低（通常按2倍扩容），整体效率远高于链表
• 符合《深入理解计算机系统》中“局部性原理”，缓存命中率更高

三、栈的工程化实现：数组版栈完整代码💻

我们采用“头文件+源文件”的工程化结构实现栈，保证代码的规范性和可维护性。

1. 头文件定义（stack.h）：接口声明

头文件负责定义栈的结构体和函数接口，是栈的“对外接口规范”：

#pragmaonce#include<stdio.h>#include<stdbool.h>#include<assert.h>#include<stdlib.h>// 定义栈存储的数据类型（方便后续修改）typedefintSTDataType;// 栈的结构体定义（数组实现）typedefstructStack{STDataType*a;// 存储数据的数组指针inttop;// 栈顶指针（关键！）intcapacity;// 数组的容量}ST;// 栈的核心操作接口voidStackInit(ST*ps);// 初始化栈voidStackDestroy(ST*ps);// 销毁栈（释放内存）voidStackPush(ST*ps,STDataType x);// 入栈（压栈）voidStackPop(ST*ps);// 出栈（弹栈）STDataTypeStackTop(ST*ps);// 获取栈顶元素intStackSize(ST*ps);// 获取栈中元素个数boolStackEmpty(ST*ps);// 判断栈是否为空

2. 源文件实现（stack.c）：核心逻辑

源文件负责实现头文件声明的函数，是栈的“内部实现细节”：

（1）栈的初始化

#include"stack.h"voidStackInit(ST*ps)// 初始化栈{assert(ps);// 确保传入的栈指针不为NULL// 初始分配4个元素的空间（可根据需求调整）ps->a=(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);if(ps->a==NULL)// 内存分配失败处理{perror("malloc fail");exit(1);// 终止程序}ps->capacity=4;// 初始容量为4ps->top=0;// 🌟 关键：top=0表示指向栈顶元素的下一个位置// 补充：若top=-1，表示指向栈顶元素本身（两种方式都可，需统一逻辑）}

💡关键细节：top指针的两种初始化方式

（2）栈的销毁

voidStackDestroy(ST*ps)// 销毁栈（必须！避免内存泄漏）{assert(ps);free(ps->a);// 释放数组内存ps->a=NULL;// 置空指针，防止野指针ps->top=0;// 重置栈顶ps->capacity=0;// 重置容量}

（3）入栈操作（压栈）

voidStackPush(ST*ps,STDataType x)// 入栈（尾插）{assert(ps);// 扩容判断：栈满时扩容（2倍扩容）if(ps->top==ps->capacity){STDataType*tmp=(STDataType*)realloc(ps->a,ps->capacity*2*sizeof(STDataType));if(tmp==NULL){perror("realloc fail");exit(1);}ps->a=tmp;ps->capacity*=2;// 容量翻倍}// 入栈核心逻辑ps->a[ps->top]=x;ps->top++;}

（4）出栈操作（弹栈）

voidStackPop(ST*ps)// 出栈（尾删）{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));// 栈空时禁止出栈ps->top--;// 只需移动top指针，无需真正删除数据（覆盖即可）}

（5）获取栈顶元素

STDataTypeStackTop(ST*ps)// 获取栈顶元素{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));// 栈空时禁止获取returnps->a[ps->top-1];// 对应top=0的初始化方式}

（6）获取栈大小 & 判断栈为空

intStackSize(ST*ps)// 获取栈中元素个数{assert(ps);returnps->top;// top的值就是元素个数（top=0的情况）}boolStackEmpty(ST*ps)// 判断栈是否为空{assert(ps);returnps->top==0;// top=0 → 空栈}

四、核心设计思想：低耦合、高内聚🎯

思考：为什么要把StackSize、StackEmpty封装成函数？

可能有同学会问：这两个函数逻辑简单，直接在测试代码里写ps->top == 0不就行了？

这就涉及到软件工程的核心思想——低耦合、高内聚：

1. 高内聚：栈的所有操作逻辑都集中在stack.c中，对外只暴露统一接口，便于维护和修改（比如后续把top初始值改成-1，只需修改栈内部代码，无需改测试代码）
2. 低耦合：测试代码只需调用接口，无需关心栈的内部实现细节，降低代码之间的依赖
3. 鲁棒性：函数内部有断言检查（如assert(ps)），能提前发现错误，而直接写表达式无法做到

简单来说：封装是为了让代码更健壮、更易维护！

五、写在最后

恭喜你！在这一篇中，你已经掌握了栈的核心知识：

• 理解了栈“后进先出”的核心特性
• 对比了数组/链表两种实现方式，选择了最优方案
• 完成了栈的工程化代码实现，掌握了top指针的关键细节
• 理解了“低耦合、高内聚”的软件工程思想

栈作为基础数据结构，是后续学习的重要铺垫：

• 算法层面：括号匹配、表达式求值、DFS（深度优先搜索）都离不开栈
• 工程层面：函数调用栈、浏览器前进后退功能都基于栈实现

下一篇，我们将学习栈的“好搭档”——队列，它遵循“先进先出”原则，和栈形成完美互补。敬请期待！😜

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