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C语言实现双栈结构

时间:2024-02-14 20:24:00 科技迭代

什么是双栈结构?


双栈结构是一种在一个数组中存储两个栈的数据结构,一个栈从数组的左端开始,向右增长,另一个栈从数组的右端开始,向左增长。这样,两个栈共享一个数组,但不会相互干扰,可以有效地利用数组的空间。


为什么要使用双栈结构?


双栈结构有以下几个优点:


可以节省空间,避免为每个栈单独分配数组,从而减少内存的浪费。


可以实现两个栈的同时操作,方便处理一些复杂的问题,例如中缀表达式的转换和求值。


可以灵活地调整两个栈的大小,根据实际的需求,动态地分配数组的空间。


如何用 C 语言实现双栈结构?


要用 C 语言实现双栈结构,我们需要定义一个结构体,包含以下几个成员:


一个整型数组,用来存储两个栈的元素。


一个整型变量,用来表示数组的最大容量。


两个整型变量,用来表示两个栈的栈顶指针。


// 定义双栈结构体


    int maxsize; // 最大容量


    int top1; // 左栈栈顶


    int top2; // 右栈栈顶


接下来,我们需要实现双栈的基本操作,包括:


初始化双栈,给定数组的最大容量,分配内存空间,设置栈顶指针。


判断双栈是否为空,分别检查两个栈的栈顶指针是否为初始值。


判断双栈是否为满,检查两个栈的栈顶指针是否相邻。


入栈,根据栈的编号,将元素压入相应的栈,更新栈顶指针。


出栈,根据栈的编号,将栈顶元素弹出,返回其值,更新栈顶指针。


// 初始化双栈


    ds->array = (int *)malloc(sizeof(int) * maxsize); // 分配内存空间


    ds->maxsize = maxsize; // 设置最大容量


    ds->top1 = -1; // 设置左栈栈顶为-1


    ds->top2 = maxsize; // 设置右栈栈顶为maxsize


// 判断左栈是否为空


    return ds->top1 == -1; // 如果左栈栈顶为-1,说明左栈为空


// 判断右栈是否为空


    return ds->top2 == ds->maxsize; // 如果右栈栈顶为maxsize,说明右栈为空


// 判断双栈是否为满


    return ds->top1 + 1 == ds->top2; // 如果左栈栈顶加一等于右栈栈顶,说明双栈为满


// 左栈入栈


    if (isFull(ds)) return false; // 如果双栈为满,无法入栈,返回false


    ds->top1++; // 左栈栈顶加一


    ds->array[ds->top1] = x; // 将元素x存入左栈栈顶


    return true; // 入栈成功,返回true


// 右栈入栈


    if (isFull(ds)) return false; // 如果双栈为满,无法入栈,返回false


    ds->top2--; // 右栈栈顶减一


    ds->array[ds->top2] = x; // 将元素x存入右栈栈顶


    return true; // 入栈成功,返回true


// 左栈出栈


    if (isEmpty1(ds)) return -1; // 如果左栈为空,无法出栈,返回-1


    int x = ds->array[ds->top1]; // 取出左栈栈顶元素


    ds->top1--; // 左栈栈顶减一


    return x; // 返回出栈元素


// 右栈出栈


    if (isEmpty2(ds)) return -1; // 如果右栈为空,无法出栈,返回-1


    int x = ds->array[ds->top2]; // 取出右栈栈顶元素


    ds->top2++; // 右栈栈顶加一


    return x; // 返回出栈元素


这段代码存在哪些问题?


这段代码在实现双栈结构的过程中,存在以下几个问题:


在初始化双栈时,没有检查内存分配是否成功,可能导致空指针错误。


在入栈和出栈时,没有检查栈的编号是否合法,可能导致越界错误。


在出栈时,没有检查栈是否为空,可能导致返回错误的值。


在设置栈的最大容量时,没有考虑到数组的下标从零开始,可能导致浪费一个空间。


如何修正这些问题?


为了修正这些问题,我们需要对代码进行以下的修改:


在初始化双栈时,使用 assert 函数检查内存分配是否成功,如果失败,终止程序。


在入栈和出栈时,使用 switch 语句根据栈的编号选择相应的操作,如果编号不合法,返回 false 或 -1。


在出栈时,使用 isEmpty 函数检查栈是否为空,如果为空,返回 false 或 -1。


在设置栈的最大容量时,将数组的长度减一,以避免浪费一个空间。


// 初始化双栈


    ds->array = (int *)malloc(sizeof(int) * maxsize); // 分配内存空间


    assert(ds->array != NULL); // 检查内存分配是否成功


    ds->maxsize = maxsize 1; // 设置最大容量,减一避免浪费空间


    ds->top1 = -1; // 设置左栈栈顶为-1


    ds->top2 = maxsize; // 设置右栈栈顶为maxsize


// 判断栈是否为空


    switch (stackNum) { // 根据栈的编号选择操作


            return ds->top1 == -1; // 如果左栈栈顶为-1,说明左栈为空


            return ds->top2 == ds->maxsize + 1; // 如果右栈栈顶为maxsize+1,说明右栈为空


        default: // 非法编号


// 判断双栈是否为满


    return ds->top1 + 1 == ds->top2; // 如果左栈栈顶加一等于c


    if (isFull(ds)) return false; // 如果双栈为满,无法入栈,返回false


    switch (stackNum) { // 根据栈的编号选择操作


            ds->top1++; // 左栈栈顶加一


            ds->array[ds->top1] = x; // 将元素x存入左栈栈顶


            ds->top2--; // 右栈栈顶减一


            ds->array[ds->top2] = x; // 将元素x存入右栈栈顶


        default: // 非法编号


    return true; // 入栈成功,返回true


    if (isEmpty(ds, stackNum)) return -1; // 如果栈为空,无法出栈,返回-1


    int x; // 定义一个变量,用来存储出栈元素


    switch (stackNum) { // 根据栈的编号选择操作


            x = ds->array[ds->top1]; // 取出左栈栈顶元素


            ds->top1--; // 左栈栈顶减一


            x = ds->array[ds->top2]; // 取出右栈栈顶元素


            ds->top2++; // 右栈栈顶加一


        default: // 非法编号


    return x; // 返回出栈元素