### C语言数据结构：栈与队列应用案例分析
#### 案例一：字符序列匹配验证
在本案例中，我们需要设计一个算法来判断一个输入的字符序列是否符合特定的模式，即“序列1&序列2”，其中序列2是序列1的逆序。具体而言，如果序列2正好是序列1的反向排列，则该字符序列符合要求；反之，则不符合。此外，序列1和序列2中都不能包含字符“&”。
**算法设计：**
1. **初始化栈**：首先创建一个空栈`S`，用来存储序列1中的字符。
2. **读取序列1**：遍历字符序列，直到遇到字符“&”为止，将遇到的每个字符依次压入栈`S`。
3. **比较序列**：接着遍历序列2中的每一个字符，并从栈顶弹出元素进行对比。如果弹出的字符与当前遍历到的字符相同，则继续处理下一个字符；若不同，则中断循环并返回不匹配的标志。
4. **检查剩余情况**：最后检查栈是否为空，并确保遍历到的字符是结束符“@”。如果栈为空且当前字符是“@”，则表示序列匹配成功；反之，则表示序列不符合要求。
**代码实现：**
```c
#include <stdio.h>
#define TRUE 1
#define FALSE 0
// 定义栈结构体
typedef struct {
char *elem;
int top;
} Stack;
// 栈操作函数
Status InitStack(Stack &s) { /* 初始化栈 */ }
Status Push(Stack &s, char e) { /* 入栈 */ }
Status Pop(Stack &s, char &e) { /* 出栈 */ }
Status StackEmpty(Stack s) { /* 判断栈是否为空 */ }
Status match(char *str) {
Stack S;
char *p = str, ch;
InitStack(S);
// 压入序列1
for (; *p != '&' && *p != '@'; p++) {
Push(S, *p);
}
// 跳过"&"
p++;
// 比较序列2
while (!StackEmpty(S) && *p != '@') {
Pop(S, ch);
if (*p == ch) {
p++;
} else {
break;
}
}
// 检查剩余情况
if (StackEmpty(S) && *p == '@')
return TRUE;
else
return FALSE;
}
```
### 案例二：括号匹配验证
第二个案例涉及一个常见的问题：判断一个表达式中的括号是否正确匹配。这里的括号包括圆括号`()`、方括号`[]`以及花括号`{}`。
**算法设计：**
1. **初始化栈**：同样地，我们先创建一个空栈`S`。
2. **遍历表达式**：从左至右遍历表达式中的每一个字符。对于左括号(`(`、`[`、`{`)，将其压入栈中；对于右括号(`)`、`]`、`}`)，检查栈顶元素是否为其对应的左括号。如果是，则弹出栈顶元素；如果不是，则返回不匹配的标志。
3. **检查栈状态**：最后检查栈是否为空。如果为空，则表示所有括号都已正确匹配；否则，表示存在未匹配的括号。
**代码实现：**
```c
// 栈操作函数
Status InitStack(Stack &s) { /* 初始化栈 */ }
Status Push(Stack &s, char e) { /* 入栈 */ }
Status Pop(Stack &s, char &e) { /* 出栈 */ }
Status StackEmpty(Stack s) { /* 判断栈是否为空 */ }
Status MatchCheck(SqList exp) {
Stack S;
char ch;
int i;
InitStack(S);
for (i = 0; i < exp.length; i++) {
if (exp.elem[i] == '(' || exp.elem[i] == '[' || exp.elem[i] == '{') {
Push(S, exp.elem[i]);
} else {
if (StackEmpty(S))
return ERROR;
Pop(S, ch);
if ((exp.elem[i] == ')' && ch != '(') ||
(exp.elem[i] == ']' && ch != '[') ||
(exp.elem[i] == '}' && ch != '{')) {
return ERROR;
}
}
}
if (!StackEmpty(S))
return ERROR;
return OK;
}
```
### 总结
通过以上两个案例的学习，我们可以看到栈这一数据结构在解决实际问题中的强大能力。无论是字符序列的匹配还是括号的匹配，栈都能够高效、准确地解决问题。在实际编程过程中，掌握栈的基本操作及其应用场景对于提高程序效率和解决复杂问题具有重要意义。
