【数据结构】栈的链式存储的实现（C语言）

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-02-14 10:11 59阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *  概念
         *   *  进栈操作
             *  出栈操作
         *  总结
         *  完整代码

### 概念 ###

栈的链式存储结构，简称为链栈。  
栈只是用栈顶来做插入和删除操作，栈顶放在链表的头部还是尾部呢？由于单链表有头指针，而栈顶指针也是必须的，那为什么不他们合二为一了，所以比较好的办法**就是把栈顶放在单链表的头部**。另外，已经有了栈顶在头部 了，单链表中比较常用的头结点也失去了意义，通常对于栈链来说，是不需要头结点的。  
![在这里插入图片描述][20200602085516121.png]  
对于栈链来说，基本不存在栈满的情况，除非内存已经没有可以使用的空间，如果真的发生，那此时的计算机操作系统已经面临死机崩溃的情况。而不是这个栈链是否溢出的问题。

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。

链栈的结构代码

typedef struct StackNode
    {
        
    	SElemType data;
    	struct StackNode *next;
    }StackNode,*LinkStackPtr;
    
    typedef struct LinkStack
    {
        
    	LinkStackPtr top;
    	int count;
    }LinkStack

链栈的操作绝大部分和单链表类似，只是在插入和删除上，特殊一点。

#### 进栈操作 ####

对于链栈的进栈push操作，假设元素值为e的新结点是s，top为栈顶指针。  
![在这里插入图片描述][20200602091541921.png]

//插入元素e
    Status Push(LinkStack *S,SElemType e)
    {
        
    	LinkStackPtr s=(LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode);
    	S->data = e;
    	S->next = s->top; //把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继。
    	S->top =s;     //将新的结点S赋值给栈顶指针
    	s->count++;
    	return OK;
    }

#### 出栈操作 ####

链栈的出栈操作Pop，也是简单的三句操作。假设变量p用来存储要删除的栈顶结点，将栈顶指针下移一位，最后释放p即可。  
![在这里插入图片描述][20200602092520423.png]

//若栈不为空，则删除S的栈顶元素，e返回其值
    Status Pop(LinkStack *S ,SElemType *e)
    {
        
    	LinkStackPtr p;
    	if(StackEmpty(*S))
    		return ERROR;
    	*e=S->top->data;
    	p=S->top;                //将栈顶结点赋值给p
    	S->top = S->top->next;   //使得栈顶指针下移一位，指向后一结点
    	free(p);                 //释放结点p
    	S->count--;
    	return OK;
    }

### 总结 ###

对比一下顺序栈与链栈，他们在时间复杂度上是一样的，均为O(1).对于空间性能，顺序栈需要事先确定一个固定的长度，可能会造成内存空间的浪费，但是顺序栈的优势是存取时定位很方便，而链栈则要求每个元素都有指针域，同时也增加了一些内存开销，但是对于栈的长度没有限制。  
如果栈的使用过程中元素变化不可预料，最好使用链栈，反之它的变化在可控范围之内，建议使用顺序栈。

### 完整代码 ###

#include "stdio.h"    
    #include "stdlib.h"   
    #include "io.h"  
    #include "math.h"  
    #include "time.h"
    
    #define OK 1
    #define ERROR 0
    #define TRUE 1
    #define FALSE 0
    #define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */
    
    typedef int Status; 
    typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
    
    
    /* 链栈结构 */
    typedef struct StackNode
    {
        
            SElemType data;
            struct StackNode *next;
    }StackNode,*LinkStackPtr;
    
    
    typedef struct
    {
        
            LinkStackPtr top;
            int count;
    }LinkStack;
    
    Status visit(SElemType c)
    {
        
            printf("%d ",c);
            return OK;
    }
    
    /*  构造一个空栈S */
    Status InitStack(LinkStack *S)
    {
         
            S->top = (LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode));
            if(!S->top)
                    return ERROR;
            S->top=NULL;
            S->count=0;
            return OK;
    }
    
    /* 把S置为空栈 */
    Status ClearStack(LinkStack *S)
    {
         
            LinkStackPtr p,q;
            p=S->top;
            while(p)
            {
          
                    q=p;
                    p=p->next;
                    free(q);
            } 
            S->count=0;
            return OK;
    }
    
    /* 若栈S为空栈，则返回TRUE，否则返回FALSE */
    Status StackEmpty(LinkStack S)
    {
         
            if (S.count==0)
                    return TRUE;
            else
                    return FALSE;
    }
    
    /* 返回S的元素个数，即栈的长度 */
    int StackLength(LinkStack S)
    {
         
            return S.count;
    }
    
    /* 若栈不空，则用e返回S的栈顶元素，并返回OK；否则返回ERROR */
    Status GetTop(LinkStack S,SElemType *e)
    {
        
            if (S.top==NULL)
                    return ERROR;
            else
                    *e=S.top->data;
            return OK;
    }
    
    /* 插入元素e为新的栈顶元素 */
    Status Push(LinkStack *S,SElemType e)
    {
        
            LinkStackPtr s=(LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode)); 
            s->data=e; 
            s->next=S->top;	/* 把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继，见图中① */
            S->top=s;         /* 将新的结点s赋值给栈顶指针，见图中② */
            S->count++;
            return OK;
    }
    
    /* 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 */
    Status Pop(LinkStack *S,SElemType *e)
    {
         
            LinkStackPtr p;
            if(StackEmpty(*S))
                    return ERROR;
            *e=S->top->data;
            p=S->top;					/* 将栈顶结点赋值给p，见图中③ */
            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 */
            free(p);                    /* 释放结点p */        
            S->count--;
            return OK;
    }
    
    Status StackTraverse(LinkStack S)
    {
        
            LinkStackPtr p;
            p=S.top;
            while(p)
            {
        
                     visit(p->data);
                     p=p->next;
            }
            printf("\n");
            return OK;
    }
    
    int main()
    {
        
            int j;
            LinkStack s;
            int e;
            if(InitStack(&s)==OK)
                    for(j=1;j<=10;j++)
                            Push(&s,j);
            printf("栈中元素依次为：");
            StackTraverse(s);
            Pop(&s,&e);
            printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);
            printf("栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
            GetTop(s,&e);
            printf("栈顶元素 e=%d 栈的长度为%d\n",e,StackLength(s));
            ClearStack(&s);
            printf("清空栈后，栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
            return 0;
    }

[20200602085516121.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200602085516121.png
[20200602091541921.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200602091541921.png
[20200602092520423.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200602092520423.png