栈导论

原创

长路慢 2018-06-26 22:05:32 博主文章分类：数据结构 ©著作权

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者长路慢的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

本篇文章主要起到引子的作用，而并非去研究栈结构、或者说堆栈在操作系统内部的机制。学习很久的栈，通过汇编语言来学习栈、C数据结构去实现的栈，正因为感觉栈太过于深秒，无法表述更好，所以只是一个导论，说说学习心得。 栈的特点：后进先出（Last in first out），这就是栈的精髓，我们知道在内存中其实都是线性存储，他可以是栈段，也可以是数据段，更可以是其余的内存空间。以8086CPU（16位）举列说明，只要是被ss:sp（基础段寄存器+偏移地址）所指向的地址，这就是栈内存，那么通过上面叙述我们应该考虑，竟然没有具体的告诉那是栈内存，那不是无限大？你可以这样理解,凡是电脑能够寻址到的内存空间（必须是段寄存器ss+偏移地址）就可以认为是栈内存，那么栈溢出，栈下线等问题就成了安全的重要话题。 CPU是如何来进行入栈、出栈等操作呢? 首先栈底、栈顶两个概念。栈底也就是栈的底部，栈顶也就是栈的最高点，都说了内存中没有说哪一个空间是栈的空间，**何来的栈顶与栈底呢？其实就是我们人为设置的，大家想象出来的，这一点与先进后出的思想大同小异，更是栈的思想，只要让这些数据遵循着这些规则，那么就是栈。**初始化栈我们一般认为都是把指针指向栈底，其实不然在内存中寄存器会指向栈底的下一个单元，为什么？ 1、Push操作，内存中高地址在下，低地址在上面（竖线），首先入栈操作首先会sp（依靠偏移地址来寻址）减偏移地址，为什么是减，因为压栈的元素是压栈到栈底，下面是高地址！ 2、Pop操作，原理相同，出栈操作，就是把里面的数据从上往外拿，后进先出嘛，所以空间是指针是来下面移动的（这个好像，那个纸画一画就出来了），sp就要+2，正好与压栈相反。当然这些操作都要认为的去边界定义和代码中做一些处理机制。 注意：任意时刻，ss:sp都是指向栈顶（栈底只是我们想象出的一个栈段，其实不存在） 说了那么多关于内存中栈的知识，还是叫汇编知识吧，说一说C语言中数据结构，过程语言也好高级语言也好，其实都必须遵守后进先出的思想，才可以叫做栈，C或者高级语言就可以进行越界的限制（内存申请及条件判断等）。栈可以干些什么？可以干很多事，每个函数调用基本都会用到栈、当转移指令的时候，也都会把IP保存到栈中（call,ret等指令），逆波兰、二进制转换、加密、递归等等都可以用栈数据结构高效、便捷的去实现。栈的基本操作无非，初始化、压栈（Push）、出栈（Pop）、遍历栈、清空栈、销毁栈（与清空栈不是一个概念），清空栈就像欺骗内存，并非数据都给从内存清理，类似于格式化磁盘这样，让操作系统感觉这块内存没有数据，其实写入数据覆盖原来数据。也可以分为静态栈、动态栈，怎么叫都行。用数组就是静态，用链表就是动态，不过注意：一定都要遵循后进先出的原则，否则就算写的特别灵活，出栈直接越过低位取高位，那样就违背栈的意愿，就算不上栈了！ 下面是一段二进制转换代码（学习中的小练题很有意思，分享给大家），基本栈操作就不分享了，大家代码大同小异，网上有更多前辈写的高质量代码值得大家参考

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>


#define STACK_INIT_SIZE 20
#define STACKINCREMENT 0

typedef char ElemType;
typedef struct 
{
	ElemType *top;
	ElemType *bottom;
	int stackSize;
}sqStack;

void Init_stack(sqStack *s);
void Push_stack(sqStack *s, ElemType e);
void Pop(sqStack *s, ElemType *e);
int StackLength(sqStack s);

int main(void)
{
	ElemType c;
	sqStack s;
	int len, i, sum = 0;
	
	Init_stack(&s);

	printf("请输入二进制数，输入#符号表示结束!\n");
	scanf("%c", &c);
	while ( c != '#' )
	{
		Push_stack(&s, c);
		scanf("%c", &c);
	}

	getchar();

	len = StackLength(s);
	printf("栈的当前容量是: %d\n",len);

	for(i = 0; i < len; i++)
	{
		Pop(&s, &c);
		sum = sum + (c-48) * pow(2, i);
	}

	printf("二进制转换10进制之后数值: %d\n",sum);
	

	return 0;
}

void Init_stack(sqStack *s)
{
	s->bottom = (ElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(ElemType));
	if( !s->bottom )
	{
		exit(-1);
	}

	s->top = s->bottom;
	s->stackSize = STACK_INIT_SIZE;			//最大容量
}


void Push_stack(sqStack *s, ElemType e)
{
	if( s->top - s->bottom >= s->stackSize )
	{
		s->bottom = (ElemType *)realloc(s->bottom, (s->stackSize + STACKINCREMENT) * sizeof(ElemType));
		if( !s->bottom )
		{
			exit(-1);
		}
	}

	*(s->top) = e;
	s->top++;
}


void Pop(sqStack *s, ElemType *e)
{
	if( s->top == s->bottom )
	{
		return;
	}

	*e = *--(s->top);
}


int StackLength(sqStack s)
{
	return (s.top - s.bottom);

}

思想才是王道，语言是用来实现思想的价值，一体一用。