利用栈实现括号匹配

目录

• 笔试题: 利用顺序栈实现括号匹配
  • • 题目：
  • 设计思路
  • 代码展示
  • 测试结果展示

笔试题: 利用顺序栈实现括号匹配

题目：

通过键盘输入一个包括 '(' 和 ')' 的字符串string ，判断字符串是否有效。要求设计算法实现检查字符串是否有效，有效的字符串需满足以下条件：

A. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。

B. 左括号必须以正确的顺序闭合。

C. 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

设计思路

• 只需要遍历整个字符串到末尾，遇到 '(' 则进栈，遇到 '(' 和 ')'首先判断此时栈是否为空，若为空则出栈，不为空则表示匹配失败。
• 在整个遍历结束之后，我们检查栈内是否为空，若为空，则表示匹配失败

代码展示

/********************************************************************************************************
 *
 * file name  :   用顺序栈实现括号匹配.c
 * author     :   xu1234xcs@163.com
 * data       :   2025.5.12
 * function   :   用顺序栈实现括号匹配
 * note       :
 *
 * Copyright (c)  2024-2025  xu1234xcs@163.com   All right Reserved
 * ******************************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>

// 指的是顺序栈中的元素的数据类型，用户可以根据需要进行修改
typedef int DataType_t;

// 构造记录顺序栈SequenceStack各项参数(栈底地址+栈容量+栈顶元素的下标)的结构体
typedef struct SequenceStack
{
    DataType_t *Bottom; // 记录栈底地址
    unsigned int Size;  // 记录栈容量
    int Top;            // 记录栈顶元素的下标

} SeqStack_t;

// 创建顺序表并对顺序栈进行初始化
SeqStack_t *SeqStack_Create(unsigned int size)
{
    // 1.利用calloc为顺序栈的管理结构体申请一块堆内存
    SeqStack_t *Manager = (SeqStack_t *)calloc(1, sizeof(SeqStack_t));

    if (NULL == Manager)
    {
        perror("calloc memory for manager is failed");
        exit(-1); // 程序异常终止
    }

    // 2.利用calloc为所有元素申请堆内存
    Manager->Bottom = (DataType_t *)calloc(size, sizeof(DataType_t));

    if (NULL == Manager->Bottom)
    {
        perror("calloc memory for Stack is failed");
        free(Manager);
        exit(-1); // 程序异常终止
    }

    // 3.对管理顺序栈的结构体进行初始化（元素容量 + 最后元素下标）
    Manager->Size = size; // 对顺序栈中的容量进行初始化
    Manager->Top = -1;    // 由于顺序栈为空，则栈顶元素的下标初值为-1

    return Manager;
}

// 判断顺序栈是否已满
bool SeqStack_IsFull(SeqStack_t *Manager)
{
    return (Manager->Top + 1 == Manager->Size) ? true : false;
}

// 入栈
bool SeqStack_Push(SeqStack_t *Manager, DataType_t Data)
{
    // 1.判断顺序栈是否已满
    if (SeqStack_IsFull(Manager))
    {
        printf("SeqStack Full is Full!\n");
        return false;
    }

    // 2.如果顺序栈有空闲空间，则把新元素添加到顺序栈的栈顶
    Manager->Bottom[++Manager->Top] = Data;

    return true;
}

// 判断顺序栈是否为空
bool SeqStack_IsEmpty(SeqStack_t *Manager)
{
    return (-1 == Manager->Top) ? true : false;
}

// 出栈
DataType_t SeqStack_Pop(SeqStack_t *Manager)
{
    DataType_t temp = 0; // 用于存储出栈元素的值

    // 1.判断顺序栈是否为空
    if (SeqStack_IsEmpty(Manager))
    {
        printf("SeqStack is Empty!\n");
        return;
    }

    // 2.由于删除了一个元素，则需要让顺序栈的栈顶元素下标-1
    temp = Manager->Bottom[Manager->Top--];

    return temp;
}

// 遍历顺序表的元素
void SeqStack_Print(SeqStack_t *Manager)
{
    for (int i = 0; i <= Manager->Top; ++i)
    {
        printf(" Stack Element[%d] = %d\n", i, Manager->Bottom[i]);
    }
}

/*****************************************************************************************
 * Brief: 利用栈实现括号匹配
 *
 * Parameters:
 *   @param Manger [SeqStack_t *] - 管理顺序栈结构体指针
 *   @param str [char *] - 从键盘获取的一个字符串地址进行括号匹配
 *
 * Returns:
 *   [return bool] - 如果匹配成功则返回true 失败返false
 *
 * Notes:
 *   - none
 *******************************************************************************************/

bool SeqStack_ParMatching(SeqStack_t *Manager, char *str)
{
    // 1.遍历整个字符串遇到'('进栈，遇到')'判断栈是否为空，不为空则出栈，空则匹配失败
    while (*str)
    {
        if (*str == '(')
        {
            SeqStack_Push(Manager, '(');
        }
        else if (*str == ')')
        {
            if (SeqStack_IsEmpty(Manager) != true)
            {
                SeqStack_Pop(Manager);
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
     }
		str++；
        if (!SeqStack_IsEmpty(Manager))
        {
            return false;
        }
        return true;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 创建容量为100的顺序栈
    SeqStack_t *Manager = SeqStack_Create(100);
    if (Manager == NULL)
    {
        printf("栈创建失败\n");
        return -1;
    }

    // 定义存储输入字符串的数组（假设最长99个字符+终止符）
    char input[100];

    // 提示用户输入字符串
    printf("请输入待匹配的字符串:\n");
    scanf("%99s", input); // 读取字符串，限制长度防止缓冲区溢出

    // 调用括号匹配函数
    bool result = SeqStack_ParMatching(Manager, input);

    // 输出匹配结果
    if (result)
    {
        printf("括号匹配成功！\n");
    }
    else
    {
        printf("括号匹配失败！\n");
    }

    return 0;
}

测试结果展示