如何用C语言、Python实现栈及典型应用
时间：2021-04-12 08:51:25|栏目：C代码|点击： 次
前言
栈是什么，你可以理解为一种先入后出的数据结构（First In Last Out），一种操作受限的线性表...
C实现
借助与C语言中的void指针及函数指针，我们可以实现一个链式通用栈：
/* stack.h */
#ifndef _STACK_H_
#define _STACK_H_
typedef struct stackNode {
void *value;
struct stackNode *next;
} stackNode;
typedef struct stack {
stackNode *top;
void (*free)(void *ptr);
unsigned long size;
} stack;
/* Functions implemented as macros */
#define stackTop(s) ((s)->top)
#define stackSize(s) ((s)->size)
#define stackSetFreeMethod(s, m) ((s)->free = (m))
#define stackGetFreeMethod(s) ((s)->free)
stack *stackCreate(void);
stack *stackPush(stack *stack, void *value);
stackNode *stackPop(stack *stack);
void stackClear(stack *stack);
#endif /* _STACK_H_ */
/* stack.c */
#include <stdlib.h>
#include "stack.h"
stack *stackCreate(void)
{
struct stack *stack;
if ((stack = (struct stack *)malloc(sizeof(struct stack))) == NULL)
return NULL;
stack->top = NULL;
stack->free = NULL;
stack->size = 0;
return stack;
}
stack *stackPush(stack *stack, void *value)
{
stackNode *node;
if ((node = (stackNode *)malloc(sizeof(stackNode))) == NULL)
return NULL;
node->value = value;
node->next = (stack->size == 0) ? NULL : stack->top;
stack->top = node;
stack->size++;
return stack;
}
stackNode *stackPop(stack *stack)
{
stackNode *node;
node = stack->top;
if (stack->size != 0) {
stack->top = node->next;
stack->size--;
}
return node;
}
void stackClear(stack *stack)
{
unsigned long size;
stackNode *current, *next;
current = stack->top;
size = stack->size;
while (size--) {
next = current->next;
if (stack->free) stack->free(current->value);
free(current);
current = next;
}
free(stack);
}
这里的实现附设了一个头节点，主要用于注册与栈节点操作相关的函数。我们把栈的大小信息也存了进去，这样就可以在O(1)的时间内获取当前栈大小了！
Python实现
在Python中，list其实可以直接作为栈使用，如果你只在它的一端进行操作的话。当然我们也可以简单封装一下：
class Stack(object): """A stack encapsulation based on list.""" def __init__(self): self.items = [] def empty(self): return self.items == [] def clear(self): del self.items[:] @property def size(self): return len(self.items) def push(self, item): """Add a new item to the top of the stack.""" self.items.insert(0, item) def pop(self): """Remove the top item from the stack.""" return self.items.pop(0) def top(self): """Return the top item from the stack but not remove it. """ return self.items[0] def __iter__(self): return iter(self.items) def __next__(self): return self.pop()
应用
下面介绍几个栈的典型应用。
括号匹配
给你一个算术表达式或者一段C代码，如何写一个程序验证它其中的括号是否匹配？借助栈，可以很容易实现。算法流程如下：
遍历字符：
1.如果是左括号，push入栈；
2. 如果是右括号，这时候如果栈为空，说明不匹配，如果栈不为空并且pop出栈的左括号与右括号类型不一样，说明不匹配；
遍历结束后，如果栈不为空，说明不匹配。
def check_pares(exp):
"""Check if parentheses match in a expression."""
stack = Stack()
pares = {')': '(', ']': '[', '}': '{'}
for x in exp:
if x in '([{':
stack.push(x)
elif x in ')]}':
if stack.empty() or pares[x] != stack.pop():
return False
return True if stack.empty() else False
数制转换
以十进制转二进制为例：
def dec2bin(dec): """Converting decimal number to binary string.""" if dec == 0: return '0' stack = Stack() while dec: r = dec % 2 stack.push(r) dec = dec // 2 return ''.join(str(digit) for digit in stack)
模拟递归
遍历二叉树算是经典的递归应用了。我们以先序遍历为例，递归版本的代码很容易写：
def preorder_traversal(root): """ 1 / \ 2 3 / \ \ 4 5 6 """ if not root: return print(root.val) preorder_traversal(root.lchild) preorder_traversal(root.rchild)
下面是非递归的版本：
def preorder_traversal(root) s = Stack() while s.size or root: if root: print(root.val) s.push(root) root = root.lchild else: root = s.pop().rchild
总结
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