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C++数据结构之栈(c++栈定义)

nanyue 2024-07-30 03:12:06 技术文章 6 ℃

栈的应用场景非常广泛,包括代码中的解析、数据结构中的树和图的遍历以及计算机系统中的内存分配等等。下面会介绍栈。

1.基本知识

1.1 介绍

C++的栈是一种数据结构,它是一个后进先出(LIFO)的线性结构,具有两个基本操作:push和pop。push操作将数据压入栈顶,而pop操作将栈顶数据弹出。C++中的栈实现在STL中,可以使用std::stack来创建一个栈。

std::stack可以被视为一种容器适配器,它基于其他容器实现,例如std::deque和std::list。默认情况下,std::stack基于std::deque实现,因为它具有高效的随机访问和在两端进行插入和删除元素的能力。

在C++中,栈通常用于实现函数调用堆栈和表达式求值等场景。当一个函数被调用时,它的返回地址和其他必要数据被压入栈中,当函数返回时,这些数据被弹出。

1.2 基本存储方式

栈有两种基本存储方式:

(1)顺序存储:利用一段连续的内存空间进行存储。

(2)链式存储:利用非连续的内存空间存储,元素之间使用指针进行链接。(通常单链表实现,栈顶是表头,栈底的表尾)

1.3 栈的优点

便于多个栈共享存储空间,提高空间效率;

不存在栈满上溢的情况

1.4 栈的特性

先进后出

2.相关术语

2.1 栈顶(top)

线性表允许插入和删除的那一段。值得注意的是,栈顶指针top的指向是有些两种方式的,一种是指向栈顶当前元素,一种是指向栈顶的下一位置。两种指向方式对栈的操作影响不大,只是在判断栈顶位置的时候略有差异,本文以指向当前栈顶元素为例。另一种指向方式读者可以自行实践。

2.2 栈底(bottom)

固定的,不允许进行插入和删除的另一端。

2.3 空栈

不含有任何元素的空表。

3.基本操作

3.1 栈判空

bool isEmpty(SqStack S)
{
	if (S.top==-1)
	{
		return true;
	}
	return false;
}

3.2 栈判满

bool isFull(SqStack S)
{
	if (S.top == MAXSIZE - 1)
	{
		return true;
	}
	return false;
}

3.3 入栈

bool Push(SqStack& S, ElemType e)
{
	bool flag = isFull(S);
	if (flag==true)
	{
		printf("栈满\n");
		return false;
	}
	S.top++;
	S.data[S.top] = e;
	return true;
 
}

3.4 出栈

bool Pop(SqStack& S, ElemType& e)
{
	bool flag = isEmpty(S);
	if (flag)
	{
		printf("栈空\n");
		return false;
	}
	e = S.data[S.top];
	S.top--;
	return true;
}

3.5 取栈顶

//取栈顶
bool GetTop(SqStack& S, ElemType& e)
{
	bool flag = isEmpty(S);
	if (flag)
	{
		return false;
	}
	e = S.data[S.top];
	return true;
}

3.6 初始化一个空栈

InitStack(&s);

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3.7 判断一个在栈是否为空

StackEmpty(s);

3.8 入栈,若栈S未满,这将x加入栈,使之称为栈顶

Push(&s,x);

3.9 出栈,若栈S非空,则弹出栈顶元素

Pop(&s);

3.10 读栈顶元素

GetTop(s,x);

3.11 销毁栈,释放栈S所占用内存空间

DestroyStack(&s);

4.例题

字符串匹配问题(strs)

【题目描述】

字符串中只含有括号 (),[],<>,{},判断输入的字符串中括号是否匹配。如果括号有互相包含的形式,从内到外必须是<>,(),[],{},例如。输入: [()] 输出:YES,而输入([]),([)]都应该输出NO。

【输入】

第一行为一个整数n,表示以下有多少个由括好组成的字符串。接下来的n行,每行都是一个由括号组成的长度不超过255255的字符串。

【输出】

在输出文件中有n行,每行都是YES或NO。

【输入样例】

5

{}{}<><>()()[][]

{{}}{{}}<<>><<>>(())(())[[]][[]]

{{}}{{}}<<>><<>>(())(())[[]][[]]

{<>}{[]}<<<>><<>>>((<>))(())[[(<>)]][[]]

><}{{[]}<<<>><<>>>((<>))(())[[(<>)]][[]]

【输出样例】

YES

YES

YES

YES

NO

设数组pri,pri[括号字符]是个整数表示括号的优先级。优先级从低到高为:<([{,左括号优先级为正数,右括号优先级为负数。

这里设pri[右括号] = -pri[左括号],同类的左右括号的优先级数值是相反数的关系,这样就可以用pri来判断两个括号是否配对。

遍历整个字符串

如果遇到左括号:

如果栈空,则入栈。

如果栈不空

如果当前左括号优先级小于等于栈顶左括号优先级,左括号入栈。

否则不匹配。

如果遇到右括号

如果栈空,则不匹配。

如果栈不空

看栈顶左括号能否与该右括号配对,如果配对则出栈

否则不匹配。

结束遍历字符串后,看栈是否为空

如果栈空,则匹配。

如果栈不空,则不匹配。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int pri[128];//pri[i]:字符i的优先级
void initPri()//初始化括号的优先级
{//左括号都是正数,右括号都是负数,配对的括号的优先级互为相反数 
	pri['<'] = 1;
	pri['('] = 2;
	pri['['] = 3;
	pri['{'] = 4; 
	pri['>'] = -1;
	pri[')'] = -2;
	pri[']'] = -3;
	pri['}'] = -4;
}
void solve()//求解一组数据 
{
	stack<char> stk;
	string s;
	cin >> s;
	for(int i = 0; i < s.length(); ++i)
	{
		if(pri[s[i]] > 0)//如果s[i]是左括号 
		{
			if(stk.empty())
				stk.push(s[i]);
			else 
			{
				if(pri[s[i]] <= pri[stk.top()])
					stk.push(s[i]);
				else
				{
					cout << "NO" << endl;
					return;
				}
			}
		}
		else//如果s[i]是右括号 
		{
			if(stk.empty())
			{
				cout << "NO" << endl;
				return;
			}
			else
			{
				if(pri[s[i]] + pri[stk.top()] == 0)
					stk.pop();
				else
				{
					cout << "NO" << endl;
					return;
				}
			}
		}
	}
	if(stk.empty())
		cout << "YES" << endl;
	else
		cout << "NO" << endl;
}
int main()
{
	initPri();
	int n;
	cin >> n;
	while(n--)
		solve();
	return 0;
}

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