浅谈数据结构之链栈

Posted 2020-08-21 连城无忧

　　栈的链式存储结构，我们一般简称为“链栈”。由于单链表有头指针，而栈顶指针也是必须要有的，所以我们通常把栈顶放在单链表的头部，有了栈顶在头部，单链表中比较常用的头结点就失去了意义。通常对于链栈来说，是不需要头结点的，也基本不存在栈满的情况，除非内存已经没有使用的空间了。但对于空栈来说，链表原定义是头指针指向“空”，那么链栈的“空”其实就是“top=NULL”的时候。

　　链栈的进栈push和出栈pop操作都很简单，没有任何循环操作，时间复杂度均为O(1)；顺序栈的时间复杂度和链栈是一样的，也为O(1)。对于空间性能，顺序栈需要事先确定一个固定的长度，可能存在内存空间浪费的问题，它的优势在于存取定位时很方便；而链栈要求每个元素都有指针域，这也增加了一些内存开销，但对于栈的长度无限制；所以如果栈的使用过程中元素变化不可预料，有时很小，有时非常大，那么最好用链栈；反之，如果元素变化在可控范围内，建议使用顺序栈会更好一些。对于链栈的操作，绝大部分与单链表类似，只是在插入与删除上特殊一些罢了，下面我们来看看链栈的操作，具体操作源代码如下所示：

  1 #include <stdio.h>    
  2 #include <stdlib.h>   
  3 
  4 #define OK 1
  5 #define ERROR 0
  6 #define TRUE 1
  7 #define FALSE 0
  8 
  9 #define MAXSIZE 100    /* 存储空间初始分配量 */
 10 
 11 typedef int Status; 
 12 typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
 13 
 14 /* 链栈结构 */
 15 typedef struct StackNode
 16 {
 17     SElemType data;
 18     struct StackNode *next;
 19 }StackNode,*LinkStackPtr;
 20 
 21 typedef struct
 22 {
 23     LinkStackPtr top;
 24     int count;
 25 }LinkStack;
 26 
 27 Status visit(SElemType c)
 28 {
 29     printf("%d ",c);
 30     return OK;
 31 }
 32 
 33 /* 构造一个空栈S */
 34 Status InitStack(LinkStack *S)
 35 { 
 36     S->top = (LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode));
 37     if(!S->top)
 38         return ERROR;
 39     S->top=NULL;
 40     S->count=0;
 41     
 42     return OK;
 43 }
 44 
 45 /* 把S置为空栈 */
 46 Status ClearStack(LinkStack *S)
 47 { 
 48     LinkStackPtr p,q;
 49     p=S->top;
 50     while(p)
 51     {  
 52         q=p;
 53         p=p->next;
 54         free(q);
 55     } 
 56     S->count=0;
 57     
 58     return OK;
 59 }
 60 
 61 /* 若栈S为空栈，则返回TRUE，否则返回FALSE */
 62 Status StackEmpty(LinkStack S)
 63 { 
 64     if(S.count==0)
 65         return TRUE;
 66     else
 67         return FALSE;
 68 }
 69 
 70 /* 返回S的元素个数，即栈的长度 */
 71 int StackLength(LinkStack S)
 72 { 
 73     return S.count;
 74 }
 75 
 76 /* 插入元素e为新的栈顶元素 */
 77 Status Push(LinkStack *S,SElemType e)
 78 {
 79     LinkStackPtr s=(LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode)); 
 80     s->data=e; 
 81     s->next=S->top;      /* 把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继 */
 82     S->top=s;            /* 将新的结点s赋值给栈顶指针 */
 83     S->count++;
 84     
 85     return OK;
 86 }
 87 
 88 /* 若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR */
 89 Status Pop(LinkStack *S,SElemType *e)
 90 { 
 91     LinkStackPtr p;
 92     if(StackEmpty(*S))
 93         return ERROR;
 94     *e=S->top->data;
 95     p=S->top;               /* 将栈顶结点赋值给p，见图中③ */
 96     S->top=S->top->next;    /* 使得栈顶指针下移一位，指向后一结点，见图中④ */
 97         free(p);            /* 释放结点p */        
 98     S->count--;
 99     
100     return OK;
101 }
102 
103 /* 从栈顶到栈底依次对栈中每个元素输出 */
104 Status StackTraverse(LinkStack S)
105 {
106     LinkStackPtr p;
107     p=S.top;
108     while(p)
109     {
110         visit(p->data);
111         p=p->next;
112     }
113     printf("\n");
114     
115     return OK;
116 }
117 
118 int main()
119 {
120     int j,e;
121     LinkStack s;
122         
123     if(InitStack(&s)==OK)
124         for(j=1;j<=10;j++)
125             Push(&s,j);
126     printf("1.栈中元素依次为：");
127     StackTraverse(s);
128     
129     Pop(&s,&e);
130     printf("2.弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);
131     printf("3.弹出栈顶元素 e=%d 后，栈的长度为 %d\n",e,StackLength(s));
132     
133     Pop(&s,&e);
134     printf("4.弹出的下一个栈顶元素 e=%d\n",e);
135     printf("5.栈中元素依次为：");
136     StackTraverse(s);
137     
138     Push(&s,16);
139     printf("6.插入新栈顶元素 e=%d 后，栈的长度为 %d\n",16,StackLength(s));
140     printf("7.栈中元素依次为：");
141     StackTraverse(s);
142     
143     ClearStack(&s);
144     printf("8.清空栈后，栈的长度为 %d\n",StackLength(s));
145     
146     return 0;
147 }