Создание стека на C с использованием массива — подробная инструкция

В программировании стек — это особая структура данных, которая работает по принципу «последний вошел, первый вышел» (LIFO — Last-In-First-Out). Он является одним из наиболее часто используемых инструментов, который позволяет эффективно организовывать и управлять данными. Если вы хотите понять, как создать стек на языке программирования С с использованием массива, то этот наглядный гайд поможет вам разобраться в теме подробно!

Первым шагом в создании стека является определение структуры стека. Мы будем использовать массив для хранения элементов стека, а также переменную для отслеживания текущей позиции в стеке. Можно выполнить определение структуры следующим образом:


struct Stack {
int items[MAX_SIZE];
int top;
};


Здесь MAX_SIZE — это максимальный размер стека. Вы можете выбрать любое значение в зависимости от ваших потребностей. Переменная «top» будет отслеживать текущую позицию в стеке.

Кроме определения структуры, вам также нужно будет реализовать несколько операций, таких как добавление элемента в стек (push), удаление элемента из стека (pop) и проверка на пустоту (isEmpty). В следующих разделах мы рассмотрим каждую из этих операций в деталях и покажем, как их реализовать с использованием массива.

Создание стека на С с использованием массива

Для начала создадим структуру данных Stack, в которой будем хранить массив элементов и указатель на вершину стека:

#define STACK_SIZE 100
typedef struct {
int stackArray[STACK_SIZE];
int top; //указатель на вершину стека
} Stack;

Далее, реализуем функцию инициализации стека:

void init(Stack *s) {
s->top = -1; //инициализируем указатель на вершину пустого стека
}

Для добавления элемента в стек, реализуем функцию push:

void push(Stack *s, int element) {
if (s->top == STACK_SIZE - 1) {
printf("Стек полон, невозможно выполнить операцию push
");
return;
}
s->top++;
s->stackArray[s->top] = element;
}

Для удаления элемента из стека, реализуем функцию pop:

int pop(Stack *s) {
if (s->top == -1) {
printf("Стек пуст, невозможно выполнить операцию pop
");
return -1;
}
int element = s->stackArray[s->top];
s->top--;
return element;
}

Функции инициализации, добавления и удаления элементов в стеке готовы к использованию. Пример кода, демонстрирующий работу стека:

int main() {
Stack s;
init(&s);
push(&s, 1);
push(&s, 2);
push(&s, 3);
printf("%d
", pop(&s)); //3
printf("%d
", pop(&s)); //2
printf("%d
", pop(&s)); //1
return 0;
}

После выполнения данного кода на экране должны появиться числа 3, 2, 1, что соответствует порядку удаления элементов из стека. Таким образом, мы успешно создали стек на языке C с использованием массива.

Изучение структуры стека

Стек можно представить как стопку тарелок, где мы можем добавлять новую тарелку сверху или удалять последнюю добавленную тарелку.

Основные операции со стеком:

• Push — добавление элемента в стек. Элемент помещается на вершину стека.
• Pop — удаление элемента из стека. Удаляется элемент, находящийся на вершине стека.
• Peek — получение значения элемента на вершине стека без его удаления.
• IsEmpty — проверка стека на пустоту.
• IsFull — проверка стека на полноту (не обязательно для стека, реализованного на массиве).

Стек можно реализовать различными способами, например, с использованием массива или связного списка. Реализация на массиве является одной из самых простых и понятных.

Объявление переменных и массива

Перед созданием стека необходимо объявить переменные и массив, которые будут использоваться. В данном случае нам понадобится три переменные:

• stack — массив, который будет использоваться для хранения элементов стека.
• top — переменная для отслеживания индекса вершины стека.
• MAX_SIZE — константа, определяющая максимальный размер стека.

Определение массива и переменных может быть следующим:

#define MAX_SIZE 100
int stack[MAX_SIZE];
int top = -1;

Здесь мы используем предварительное описание директивы #define для определения максимального размера стека как константы MAX_SIZE. Затем мы объявляем массив stack с размером MAX_SIZE, который будет использоваться для хранения элементов стека. Переменная top инициализируется значением -1, чтобы указать на то, что стек пока пуст.

Теперь, когда мы объявили необходимые переменные и массив, мы готовы приступить к реализации стека.

Реализация основных операций со стеком

Для работы со стеком мы будем использовать следующие основные операции:

Для реализации стека на языке С с использованием массива нам понадобится создать глобальную переменную, которая будет представлять наш стек:

int stack[MAX_SIZE];
int top = -1;

Здесь MAX_SIZE — константа, указывающая максимальный размер стека. top — переменная, которая будет указывать на последний добавленный в стек элемент.

Для реализации операций со стеком мы будем использовать следующий код:

void push(int value) {
if (top < MAX_SIZE-1) {
stack[++top] = value;
} else {
printf("Стек переполнен");
}
}
int pop() {
if (top >= 0) {
return stack[top--];
} else {
printf("Стек пуст");
return -1;
}
}
int top() {
if (top >= 0) {
return stack[top];
} else {
printf("Стек пуст");
return -1;
}
}
int isEmpty() {
if (top == -1) {
return 1; // Стек пуст
} else {
return 0; // Стек не пуст
}
}

Теперь мы можем использовать эти операции для работы со стеком:

push(5);
push(10);
push(15);
printf("%d
", top()); // Выведет 15
printf("%d
", pop()); // Выведет 15
printf("%d
", top()); // Выведет 10
printf("%d
", pop()); // Выведет 10
printf("%d
", pop()); // Выведет 5
printf("%d
", isEmpty()); // Выведет 1, так как стек пуст

Таким образом, мы успешно реализовали основные операции со стеком на языке С с использованием массива.

Тестирование созданного стека в программе

Прежде чем перейти к тестированию стека, убедитесь, что вы правильно реализовали все функции, описанные в предыдущем разделе. Убедитесь, что вы правильно обрабатываете все граничные случаи, такие как попытка добавления элемента в полный стек или удаление элемента из пустого стека.

Для тестирования стека в программе вы можете использовать следующий алгоритм:

1. Создайте пустой стек с помощью функции createStack().
2. Добавьте несколько элементов в стек с помощью функции push().
3. Проверьте, что добавление прошло успешно, сравнив ожидаемые значения с актуальными значениями.
4. Удалите несколько элементов из стека с помощью функции pop().
5. Проверьте, что удаление прошло успешно, сравнив ожидаемые значения с актуальными значениями.
6. Проверьте, что стек корректно обрабатывает граничные случаи, такие как попытка добавления элемента в полный стек или удаление элемента из пустого стека.

Вы можете использовать таблицу для отображения ожидаемых и актуальных значений при тестировании стека. Создайте таблицу с двумя столбцами: «Ожидаемое значение» и «Фактическое значение». Для каждого тестового случая добавьте строку в таблицу с ожидаемым значением и фактическим значением.

После выполнения всех тестовых случаев убедитесь, что все ожидаемые значения совпадают с фактическими значениями. Если это не так, возможно, есть ошибка в реализации стека. Пройдите по всему коду с отладчиком и исправьте проблему.

Тестирование созданного стека в программе поможет вам убедиться, что стек работает правильно и соответствует вашим ожиданиям.