数据结构学习笔记——链式存储结构实现栈(链栈)

简介: 数据结构学习笔记——链式存储结构实现栈(链栈)

一、链栈的定义


有两种方式实现栈,分别是顺序存储结构和链式存储结构,这里我们把通过链式存储结构实现的栈成为链栈,链栈相对于顺序栈其最大优势是可以动态地分配存储空间,所以通常不会出现栈满的情况,这里我们通过不带头结点的单链表实现链栈(是因为栈的主要操作都是在栈顶进行操作的),即第一个结点设为栈顶从而方便操作。


如下图,也就是一个不带头结点的单链表,即不带头结点的链栈,其中Lhead指针指向栈中的栈顶元素:

1667232901643.jpg

链栈的类型定义代码如下:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct StackNode {
  int data;//存放栈中元素
  struct StackNode *Lhead;//栈顶指针 ,记录栈顶元素的位置
} *LinkStack;//链栈的类型定义


二、链栈的初始化


初始化一个空栈,将链栈类型的变量S标识为空,即S=NULL,如下代码:

/*链栈的初始化,初始化一个空栈*/
bool InitStack(LinkStack &S) {
  S=NULL;
  return true;
}


三、判断链栈是否为空栈


当链栈S为空时表示为空栈,否则不为空,通过if条件语句判断,即S==NULL,如下代码:

/*判断链栈是否为空*/
bool EmptyStack(LinkStack S){
  if(S==NULL)
  return true;
  else
  return false;
}


四、进栈(插入操作)


同单链表当中动态分配新结点的步骤类似,创建一个值为x的新结点p(通过malloc()函数动态分配,需在开头加头文件#include<stdlib.h>),首先将x值赋给新结点p的数据域中,然后将新结点p插入到链栈的栈顶前,最后再将新结点p作为当前栈顶元素,完整代码如下:

/*进栈(插入操作)*/
void PushStack(LinkStack &S, int x) {
  StackNode *p;
  p = (StackNode*)malloc(sizeof(StackNode));//动态分配创建一个新结点p
  p->data = x;  //将x放入新结点p的数据域中
  p->Lhead = S; //将新结点p插入到当前链栈的栈顶前
  S = p;  //将新结点p作为栈顶元素
}


五、出栈(删除操作)


出栈操作首先必须判断栈是否为空,即S==NULL,然后通过变量x,将栈顶元素S->data赋给x取出,然后将指针p指向原栈顶(为要删除的结点),并将栈顶S指向下一个结点,最后通过free()函数释放要删除的结点p,完整代码如下:

/*出栈(删除操作)*/
bool PopStack(LinkStack &S,int &x) {
  StackNode *p;
  if(S==NULL)//若栈为空,则报错
  return false;
  x=S->data;//x记录当前栈顶元素
  p=S;//p指针指向原栈顶
  S=S->Lhead;//S指向下一个结点
  free(p);//释放栈顶元素
  return true;
}


六、读取链栈的栈顶元素


通过变量x使其存储栈顶结点,即S->data,读取链栈的栈顶元素的代码如下:

/*读取链栈的栈顶元素*/
bool GetTopStack(LinkStack &S,int &x) {
  if(S==NULL)
  return false;
  x=S->data;
  return true;
}


七、链栈的建立


链栈的建立通过输入要建立的栈的元素个数来一键建立链栈,每次输入入栈的元素,然后通过PushStack()函数使其入栈,代码如下:

/*链栈的建立*/
void CreateStack(LinkStack &S,int x) {
  int number;
  printf("请输入要建立的栈中的元素个数:\n");
  scanf("%d",&number);
  for(int i=0; i<number; i++) {
  printf("输入第%d个入栈的元素:\n",i+1);
  scanf("%d",&x);
  PushStack(S,x);
  }
}


八、链栈的遍历输出


链栈的遍历输出也就是遍历链栈,使p指针等于S,然后每次指向下一个结点,同时输入此时指针p指向结点的值p->data,代码如下:

/*链栈的遍历输出*/
bool PrintStack(LinkStack S) {
  StackNode *p=S;
  if(p==NULL)
  return false;
  while(p!=NULL) {
  printf("%d ",p->data);
  p=p->Lhead;
  }
}


链式存储结构实现栈完整代码


链式存储结构实现栈的完整代码如下:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct StackNode {
  int data;//存放栈中元素
  struct StackNode *Lhead;//栈顶指针 ,记录栈顶元素的位置
} *LinkStack;//链栈的类型定义
/*链栈的初始化,初始化一个空栈*/
bool InitStack(LinkStack &S) {
  S=NULL;
  return true;
}
/*判断链栈是否为空*/
bool EmptyStack(LinkStack S) {
  if(S==NULL)
  return true;
  else
  return false;
}
/*进栈(插入操作)*/
void PushStack(LinkStack &S, int x) {
  StackNode *p;
  p = (StackNode*)malloc(sizeof(StackNode));//动态分配创建一个新结点p
  p->data = x;  //将x放入新结点p的数据域中
  p->Lhead = S; //将新结点p插入到当前链栈的栈顶前
  S = p;  //将新结点p作为栈顶元素
}
/*出栈(删除操作)*/
bool PopStack(LinkStack &S,int &x) {
  StackNode *p;
  if(S==NULL)//若栈为空,则报错
  return false;
  x=S->data;//x记录当前栈顶元素
  p=S;//p指针指向原栈顶
  S=S->Lhead;//S指向下一个结点
  free(p);//释放栈顶元素
  return true;
}
/*读取链栈的栈顶元素*/
bool GetTopStack(LinkStack &S,int &x) {
  if(S==NULL)
  return false;
  x=S->data;
  return true;
}
/*链栈的建立*/
void CreateStack(LinkStack &S,int x) {
  int number;
  printf("请输入要建立的栈中的元素个数:\n");
  scanf("%d",&number);
  for(int i=0; i<number; i++) {
  printf("输入第%d个入栈的元素:\n",i+1);
  scanf("%d",&x);
  PushStack(S,x);
  }
}
/*链栈的遍历输出*/
bool PrintStack(LinkStack S) {
  StackNode *p=S;
  if(p==NULL)
  return false;
  while(p!=NULL) {
  printf("%d ",p->data);
  p=p->Lhead;
  }
}


一个简单的链栈的基本实现例子


例如,通过链式存储结构创建一个栈,其元素个数为4,为{2,7,0,-3},创建后依次输出从栈顶到栈底的元素值,首先通过输入一个元素,使其进栈,然后读取当前栈顶元素;执行一次出栈操作。然后读取当前栈顶元素,最后再依次输出从栈顶到栈底的元素值,如下代码:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct StackNode {
  int data;//存放栈中元素
  struct StackNode *Lhead;//栈顶指针 ,记录栈顶元素的位置
} *LinkStack;//链栈的类型定义
/*链栈的初始化,初始化一个空栈*/
bool InitStack(LinkStack &S) {
  S=NULL;
  return true;
}
/*判断链栈是否为空*/
bool EmptyStack(LinkStack S) {
  if(S==NULL)
  return true;
  else
  return false;
}
/*进栈(插入操作)*/
void PushStack(LinkStack &S, int x) {
  StackNode *p;
  p = (StackNode*)malloc(sizeof(StackNode));//动态分配创建一个新结点p
  p->data = x;  //将x放入新结点p的数据域中
  p->Lhead = S; //将新结点p插入到当前链栈的栈顶前
  S = p;  //将新结点p作为栈顶元素
}
/*出栈(删除操作)*/
bool PopStack(LinkStack &S,int &x) {
  StackNode *p;
  if(S==NULL)//若栈为空,则报错
  return false;
  x=S->data;//x记录当前栈顶元素
  p=S;//p指针指向原栈顶
  S=S->Lhead;//S指向下一个结点
  free(p);//释放栈顶元素
  return true;
}
/*读取链栈的栈顶元素*/
bool GetTopStack(LinkStack &S,int &x) {
  if(S==NULL)
  return false;
  x=S->data;
  return true;
}
/*链栈的建立*/
void CreateStack(LinkStack &S,int x) {
  int number;
  printf("请输入要建立的栈中的元素个数:\n");
  scanf("%d",&number);
  for(int i=0; i<number; i++) {
  printf("输入第%d个入栈的元素:\n",i+1);
  scanf("%d",&x);
  PushStack(S,x);
  }
}
/*链栈的遍历输出*/
bool PrintStack(LinkStack S) {
  StackNode *p=S;
  if(p==NULL)
  return false;
  while(p!=NULL) {
  printf("%d ",p->data);
  p=p->Lhead;
  }
}
/*主函数*/
int main() {
  LinkStack S;
  int x,e; 
  InitStack(S);//初始化 
  CreateStack(S,x);//创建一个链栈 
  GetTopStack(S,x);//读取栈顶元素 
  printf("读取栈顶元素,当前栈顶元素为:%d\n",x);
  printf("创建的链栈元素从栈顶到栈底依次为:\n");
  PrintStack(S);
  printf("\n");
  printf("输入一个要进栈的元素:\n");
  scanf("%d",&e);
  PushStack(S,e);//进栈
  GetTopStack(S,x);
  printf("读取栈顶元素,当前栈顶元素为:%d\n",x);
  PopStack(S,x);//出栈
  GetTopStack(S,x);
  printf("执行一次出栈操作后,当前栈顶元素为:%d\n",x);
  printf("此时链栈元素从栈顶到栈底依次为:\n");
  PrintStack(S);
}


运行结果如下:

1667232881986.jpg

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