一、實驗內容
1.實驗目的
棧（Stack）是線性結構的核心內容之一。本實驗要求用高級語言C語言編寫基於棧的順序存儲結構實現棧的入棧、出棧、取棧頂元素和判空操作，並基於上述棧的基本操作實現括號匹配算法，完成實驗報告的填寫，以便加深理解有關棧結構的抽象數據類型等概念，並體會和了解棧結構在日常用戶輸入操作中的應用價值。
2.實驗內容
1) 構建一個棧的順序存儲結構的抽象數據類型，通常應包含如下步驟：
a.定義用來描述順序棧結構的結構體變量類型SqStack；
b.編寫一個順序棧初始化算法，記為InitStack操作（函數）；
c.編寫一個順序棧數據元素入棧算法，記為push操作（函數）；
d.編寫一個順序棧數據元素出棧算法，記為pop操作（函數）；
e.編寫一個取棧頂元素算法，記為GetTop操作（函數）；
f.編寫一個判空算法，記為IsEmpty操作（函數）；
2）基於上述棧的基本操作實現括號匹配算法：
a.在main函數內部編寫一個括號匹配算法，要求從鍵盤上輸入一個
表達式，判斷這個表達式中的括號是否匹配；
b.測試實驗結果，評估實驗過程.
3）完成實驗報告的填寫
順序棧結構的邏輯結構原理如下：
棧結構的邏輯結構
括號匹配的邏輯結構原理如下：
括號匹配的邏輯結構
利用棧結構后進先出的有限操作特點，通過入棧和出棧的操作來實現對表達式括號匹配正確與否的判斷.
二、實驗過程
1.順序棧結構體定義
首先用C/C++開發環境新建源文件，首先鍵入如下預定義命令行：
圖1 源文件預定義命令行
注意這里需要#include命令行引用string.h頭文件，因為該文件里包含后面操作所需要的strlen庫函數，用於獲取字符串的長度。
接着，根據順序棧的邏輯結構原理圖，定義用來描述順序棧數據對象的結構體變量類型SqStack，代碼如下：
圖2順序棧的結構體類型定義
這里用char作為順序棧數據元素的數據類型，得到SqStack（順序棧結構體變量）的定義。其中用base表示棧底指針，用top表示棧頂指針，用stackSize表示當前棧的大小（即順序棧中數據元素的個數）。
2. InitStack函數
編寫順序棧的初始化操作,首先對傳入的SqStack型參數分配初始大小的存儲空間，這里用100個char的大小來初始化順序棧，如果內存分配失敗則退出程序，否則將S.base賦給S.top，STACK_INIT_SIZE賦給S.stackSize。
代碼如下：
圖3 InitStack函數
3. IsEmpty函數
判空操作：如果棧底指針與棧頂指針相等，則順序棧為空，反之非空。棧是否為空是字符串序列中括號是否匹配的判斷依據。
圖4 IsEmpty函數
4. push、pop和GetTop函數
圖 5 push函數
push函數實現入棧操作，如果棧已滿，則動態增加順序棧的內存，將傳入的參數e賦給當前棧頂指針所指向的棧內元素，賦值結束后棧頂指針自動上移（自加）。
圖 6 GetTop函數
GetTop函數實現取棧頂元素操作，如果棧為空，則操作失敗，否則將棧頂指針的下一位指針所指向的數據元素賦給參數e，賦值結束返回e。
圖 7 pop函數
pop函數實現出棧操作，如果為空，則操作失敗，將棧頂指針的下一位指針所指向的數據元素賦給參數e，賦值結束后棧頂指針自動下移（自減）。
5.括號匹配算法的實現
圖8 括號匹配算法
1. 聲明一個大小為MAXSIZE（宏定義）的char型數組，並初始化；
2. 聲明兩個char型變量m，n；
3. 用char型數組a來接收從用戶界面輸入的字符串序列，getchar用於消化最后一次ENTER鍵字符輸入；
4. length表示字符串的長度；
5. 聲明一個SqStack類型變量並初始化；
6. 用for循環來實現括號匹配的迭代過程，如果迭代獲得的當前字符為（、{、[就調用push函數將字符壓入順序棧中，如果迭代獲得的當前字符為）、}、]就調用GetTop函數取棧頂元素判斷是否與當前字符相等，如果相等則實現出棧操作，如果不相等則輸出“括號不匹配”並返回0退出程序；
7. 如果在for循環中沒有意外退出程序的前提下，繼續進行判空操作，如果順序棧為空，則括號匹配，反之不匹配;
8. 編譯運行，測試代碼.
三、實驗結果
圖9 實驗結果
實驗結果與預期目標一致，能夠正確預測字符串序列是否括號匹配。
四、實驗總結
通過“棧的應用”這個實驗，深入了解到采用棧結構處理日常生活中的用戶操作無處不在，在實現括號匹配算法的過程中，主要利用棧結構后進先出的特性以及棧的入棧、出棧、取棧頂元素和判空操作來實現。其次從鍵盤上輸入一個字符串表達式，判斷這個表達式中的括號是否匹配來測試代碼的正確性。
在實驗的過程中，體會到了棧結構的順序存儲方式的優點，就本實驗而言，由於輸入的表達式數據量不是特別大，順序結構滿足算法的實現。同時節省了一些存儲空間的開銷。
棧結構不僅僅可以用來處理括號匹配的判斷問題，還可以實現函數的遞歸調用，使得程序的運行有確定的入口和出口，為高效地算法實現提供了基礎。
總的來說加深理解有關棧結構的抽象數據類型等概念，並體會和了解棧結構在日常用戶輸入操作中的應用價值。