如何用C语言、Python实现栈及典型应用

百变鹏仔 3小时前 #Python

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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：

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/* 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)-&gt;top)#define stackSize(s) ((s)-&gt;size) #define stackSetFreeMethod(s, m) ((s)-&gt;free = (m))#define stackGetFreeMethod(s) ((s)-&gt;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-&gt;top = NULL; stack-&gt;free = NULL; stack-&gt;size = 0; return stack;} stack *stackPush(stack *stack, void *value){ stackNode *node;  if ((node = (stackNode *)malloc(sizeof(stackNode))) == NULL) return NULL; node-&gt;value = value; node-&gt;next = (stack-&gt;size == 0) ? NULL : stack-&gt;top; stack-&gt;top = node; stack-&gt;size++; return stack;} stackNode *stackPop(stack *stack){ stackNode *node;  node = stack-&gt;top; if (stack-&gt;size != 0) { stack-&gt;top = node-&gt;next; stack-&gt;size--; } return node;} void stackClear(stack *stack){ unsigned long size; stackNode *current, *next;  current = stack-&gt;top; size = stack-&gt;size; while (size--) { next = current-&gt;next; if (stack-&gt;free) stack-&gt;free(current-&gt;value); free(current); current = next; } free(stack);}</stdlib.h>

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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