数据结构 C语言 顺序栈
一、整体设计思路
- 模块化拆分：将接口定义、逻辑实现、功能测试分离，降低代码耦合度，便于后续修改和复用；
- 核心规则：基于数组实现，通过栈顶指针 top标识栈状态（空栈
top=-1、满栈top=MAX_SIZE-1），仅允许栈顶压栈 / 弹栈； - 健壮性设计：增加入参 NULL 检查、内存分配校验、栈空 / 栈满边界判断，避免程序崩溃和逻辑误判；
- 可扩展性：通过统一数据类型定义，一键修改栈的存储类型（int/char/ 结构体等）。
三文件核心分工：
| 文件名称 | 核心角色 | 核心作用 |
|---|---|---|
seqstack.h | 接口定义层 | 定义结构体、数据类型、函数声明，作为模块对外暴露的唯一接口 |
seqstack.c | 核心实现层 | 实现头文件中声明的所有函数，封装顺序栈的创建、压栈、弹栈等核心逻辑 |
main.c | 功能测试层 | 编写测试用例，调用接口函数，验证顺序栈所有功能的正确性，模拟实际使用场景 |
二、核心文件详细解析
2.1 头文件：seqstack.h（接口定义层）
核心作用：定规矩、做声明 —— 定义顺序栈的结构体、存储数据类型、宏常量，声明所有对外提供的函数接口，同时通过头文件保护机制避免重复包含导致的编译错误。
头文件是模块的 “说明书”，其他文件只需包含头文件，无需关心底层实现，符合面向接口编程思想。
#ifndef __SEQSTACK_H__
#define __SEQSTACK_H__
#include
#include
#include
// 宏常量：顺序栈最大容量，可按需修改
#define MAX_SIZE 10
// 统一数据类型定义：修改此处可适配char/float/结构体，实现一键扩展
typedef int Datatype;
// 顺序栈核心结构体：存储栈的状态和数据
typedef struct seqstack
{
int top; // 栈顶指针：空栈=-1，栈顶元素下标=top，满栈=MAX_SIZE-1
int max_size; // 栈的最大容量，与MAX_SIZE一致
Datatype data[MAX_SIZE]; // 静态数组：存储栈的实际数据
}seqstack_t;
// 函数声明：所有接口对外暴露，参数/返回值明确，方便调用
extern seqstack_t *CreateEmptySeqStack(void); // 创建空栈
extern int IsEmptySeqStack(seqstack_t *pstack); // 判断栈空
extern int IsFullSeqStack(seqstack_t *pstack); // 判断栈满
extern int PushSeqStack(seqstack_t *pstack, Datatype data); // 压栈
extern int PopSeqStack(seqstack_t *pstack, Datatype *pdata); // 弹栈
extern int ShowSeqStack(seqstack_t *pstack); // 遍历打印栈元素
extern int DestroySeqStack(seqstack_t **pstack); // 销毁栈
#endif // __SEQSTACK_H__
关键代码解析：
- 头文件保护宏：
#ifndef __SEQSTACK_H__+#define __SEQSTACK_H__+#endif，防止头文件被多个源文件重复包含，导致结构体 / 函数重定义编译错误； - Datatype 类型定义：将栈存储类型统一定义为 int，后续若要存储 char / 结构体，仅需修改此处，无需改动所有函数，符合高内聚低耦合；
- 栈顶指针 top：采用
top=-1作为空栈标识（工业级常用方案），栈顶元素直接对应data[top]，压栈 / 弹栈操作更直观； - 函数声明规范：明确返回值（状态码 0 成功 /-1 失败）和参数，弹栈采用状态码 + 输出参数设计，解决传统返回值语义冲突问题。
2.2 实现文件：seqstack.c（核心逻辑层）
核心作用：实现头文件中声明的所有函数，是顺序栈核心功能的载体，封装了所有底层逻辑，对外隐藏实现细节。
该文件仅需包含
seqstack.h，无需关心其他调用文件，修改内部逻辑不会影响外部调用，大幅提升可维护性。
#include "seqstack.h"
// 创建空栈：成功返回栈指针，失败返回NULL（内存分配失败）
seqstack_t *CreateEmptySeqStack(void)
{
seqstack_t *pstack = (seqstack_t *)malloc(sizeof(seqstack_t));
if(pstack == NULL)
{
perror("malloc seqstack fail"); // 校验内存分配结果，避免空指针
return NULL;
}
// 初始化空栈核心状态
pstack->top = -1; // 空栈标识
pstack->max_size = MAX_SIZE; // 初始化最大容量
memset(pstack->data, 0, sizeof(pstack->data)); // 初始化数组，避免脏数据
printf("顺序栈创建成功，最大容量：%d
", MAX_SIZE);
return pstack;
}
// 判断栈空：空返回1，非空返回0，入参错误返回-1
int IsEmptySeqStack(seqstack_t *pstack)
{
if(pstack == NULL) // 所有指针入参必做NULL检查，避免解引用崩溃
{
printf("error：入参pstack为NULL（IsEmptySeqStack）
");
return -1;
}
return pstack->top == -1 ? 1 : 0;
}
// 判断栈满：满返回1，非满返回0，入参错误返回-1
int IsFullSeqStack(seqstack_t *pstack)
{
if(pstack == NULL)
{
printf("error：入参pstack为NULL（IsFullSeqStack）
");
return -1;
}
return pstack->top == pstack->max_size - 1 ? 1 : 0;
}
// 压栈：成功0，入参错误-1，栈满-2 | 核心规则：先移指针，再存数据
int PushSeqStack(seqstack_t *pstack, Datatype data)
{
if(pstack == NULL)
{
printf("error：入参pstack为NULL（PushSeqStack）
");
return -1;
}
if(IsFullSeqStack(pstack) == 1)
{
printf("warning：栈满，无法压入数据%d
", data);
return -2;
}
pstack->top++; // 栈顶指针上移
pstack->data[pstack->top] = data; // 存入新数据
printf("数据%d压栈成功
", data);
return 0;
}
// 弹栈：成功0，入参错误-1，栈空-2 | 核心规则：先取数据，再移指针
// 输出参数pdata接收弹栈数据，解决-1语义冲突bug
int PopSeqStack(seqstack_t *pstack, Datatype *pdata)
{
if(pstack == NULL || pdata == NULL) // 双指针入参都要检查
{
printf("error：入参pstack或pdata为NULL（PopSeqStack）
");
return -1;
}
if(IsEmptySeqStack(pstack) == 1)
{
printf("warning：栈空，无法弹栈
");
return -2;
}
*pdata = pstack->data[pstack->top]; // 取出栈顶数据
pstack->top--; // 栈顶指针下移
printf("数据%d弹栈成功
", *pdata);
return 0;
}
// 遍历打印：成功0，入参错误-1，栈空-2 | 从栈顶到栈底打印
int ShowSeqStack(seqstack_t *pstack)
{
if(pstack == NULL)
{
printf("error：入参pstack为NULL（ShowSeqStack）
");
return -1;
}
if(IsEmptySeqStack(pstack) == 1)
{
printf("warning：栈空，无元素可打印
");
return -2;
}
printf("栈内元素（栈顶→栈底）：");
for(int i = pstack->top; i >= 0; i--)
{
printf("%d ", pstack->data[i]);
}
printf("
");
return 0;
}
// 销毁栈：成功0，入参错误-1 | 二级指针修改外部指针，避免野指针
int DestroySeqStack(seqstack_t **pstack)
{
if(pstack == NULL || *pstack == NULL) // 避免重复销毁
{
printf("error：入参pstack为NULL或栈已销毁（DestroySeqStack）
");
return -1;
}
free(*pstack); // 释放栈结构体内存
*pstack = NULL; // 外部指针置空，彻底避免野指针
printf("顺序栈销毁成功，栈指针已置空
");
return 0;
}
2.3 测试文件：main.c（功能测试层）
核心作用：作为程序入口，调用seqstack.h声明的接口函数，编写完整测试用例，验证顺序栈的所有功能是否正常，同时模拟实际业务场景的使用方式。
测试文件是代码的 “校验器”，不仅要测试正常流程，还要测试边界场景（栈空弹栈、栈满压栈、重复销毁）和异常场景（传入 NULL 指针），确保代码健壮性。
#include "seqstack.h"
int main(void)
{
seqstack_t *pstack = NULL;
Datatype pop_data; // 临时变量，接收弹栈数据（给输出参数用）
// 1. 创建空栈：增加失败判断，避免后续操作空指针
pstack = CreateEmptySeqStack();
if(pstack == NULL)
{
printf("顺序栈创建失败，程序退出
");
return -1;
}
// 2. 正常压栈测试：1-5 + 测试数据-1（验证语义冲突bug修复）
PushSeqStack(pstack, 1);
PushSeqStack(pstack, 2);
PushSeqStack(pstack, 3);
PushSeqStack(pstack, 4);
PushSeqStack(pstack, 5);
PushSeqStack(pstack, -1); // 测试传统弹栈的-1语义冲突问题
// 3. 遍历打印栈内元素
ShowSeqStack(pstack);
// 4. 正常弹栈测试
PopSeqStack(pstack, &pop_data);
ShowSeqStack(pstack);
// 5. 边界场景1：栈满压栈（MAX_SIZE=10，继续压6-11）
for(int i = 6; i <= 11; i++)
{
PushSeqStack(pstack, i);
}
// 6. 边界场景2：循环弹栈至空
while(IsEmptySeqStack(pstack) == 0)
{
PopSeqStack(pstack, &pop_data);
}
// 7. 边界场景3：栈空弹栈（验证异常处理）
PopSeqStack(pstack, &pop_data);
// 8. 边界场景4：重复销毁栈（验证异常处理）
DestroySeqStack(&pstack);
DestroySeqStack(&pstack);
return 0;
}
三、编译运行步骤（跨平台通用）
这套代码是跨平台的，可在 Linux/macOS（GCC）、Windows（MinGW/Dev-C++/VS）下编译运行，核心编译命令一致。
3.1 编译环境
- Linux/macOS：自带 GCC 编译器，直接在终端执行命令；
- Windows：安装 MinGW（轻量）或 Dev-C++/VS（集成环境），配置环境变量后即可使用 GCC 命令。
3.2 编译运行命令
将seqstack.h、seqstack.c、main.c放在同一目录，打开终端 / 命令行，执行以下命令：
# 编译：将seqstack.c和main.c编译为可执行文件seqstack，-g添加调试信息（可选）
gcc seqstack.c main.c -o seqstack -g
# 运行：Linux/macOS
./seqstack
# 运行：Windows
seqstack.exe
3.3 预期运行结果
顺序栈创建成功，最大容量：10
数据1压栈成功
数据2压栈成功
数据3压栈成功
数据4压栈成功
数据5压栈成功
数据-1压栈成功
栈内元素（栈顶→栈底）：-1 5 4 3 2 1
数据-1弹栈成功
栈内元素（栈顶→栈底）：5 4 3 2 1
数据6压栈成功
数据7压栈成功
数据8压栈成功
数据9压栈成功
数据10压栈成功
warning：栈满，无法压入数据11
数据5弹栈成功
数据4弹栈成功
数据3弹栈成功
数据2弹栈成功
数据1弹栈成功
数据6弹栈成功
数据7弹栈成功
数据8弹栈成功
数据9弹栈成功
数据10弹栈成功
warning：栈空，无法弹栈
顺序栈销毁成功，栈指针已置空
error：入参pstack为NULL或栈已销毁（DestroySeqStack）
结果解析：
- 所有正常操作均执行成功，-1 正常压栈 / 弹栈，证明语义冲突 bug已修复；
- 栈满时压入 11 失败，栈空时弹栈失败，均打印警告而非崩溃，证明边界防护有效；
- 重复销毁栈时打印错误提示，证明入参检查和防重复操作有效；
- 全程无崩溃、无乱码，证明内存管理和数组操作规范。
四、三文件模块化开发的优势
为什么不把所有代码写在一个main.c文件中，而是要拆分为三个文件？这是 C 语言开发的工业级规范，核心优势有 3 点：
- 代码复用：
seqstack.h+seqstack.c可作为独立的顺序栈模块，在其他项目中直接引入，无需重复编写代码； - 易维护性：修改顺序栈逻辑时，仅需改动
seqstack.c，无需改动测试文件或其他调用文件；修改存储类型时，仅需改动seqstack.h的Datatype； - 低耦合度：调用方（
main.c）仅需通过头文件的接口函数操作栈，无需关心底层实现（数组 / 链表），即使后续将顺序栈改为链式栈，调用方代码也无需改动； - 适合团队开发：一人负责模块实现（
seqstack.c），一人负责测试（main.c），分工明确，避免代码冲突。
五、新手必避的 4 个核心坑
结合本文代码和顺序栈的实现经验，总结 4 个新手最易踩的坑，避坑即提升代码质量：
- 栈顶指针操作顺序颠倒：压栈先存数后移指针、弹栈先移指针再取数，会导致数据覆盖或丢失，牢记压栈先移后存，弹栈先取后移；
- 解引用空指针：所有指针入参必做
NULL检查，尤其是函数的入口参数，这是 C 语言程序崩溃的最常见原因； - 弹栈返回值语义冲突：不要用业务数据的范围作为错误码（如 int 返回 - 1），优先采用状态码 + 输出参数的设计，这是工业级通用方案；
- 忽略内存管理：
malloc后不校验、free后不置空，会导致空指针、野指针和内存泄漏，牢记malloc 必检查，free 必置空。
