大话数据结构--栈与队列(二)

简介: 大话数据结构--栈与队列(二)

4.6栈的链式存储结构及实现


4.6.1栈的链式存储结构


栈的链式存储结构,简称为链栈


栈只是栈顶来左插入和删除操作,栈顶放在链表的头部还是尾部?由于单链表有头指针,而栈顶指针也是必须的,可以把他们合二为一,所以最好的办法是把栈顶放在单链表的头部,所以对于链栈来说,是不需要头结点的


对于链栈来说,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,而不是这个链栈是否溢出的问题。


image.png



代码实现


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


链栈的操作绝大部分都和单链表类似,只是在插入和删除上,特殊一些。


4.6.2栈的链式存储结构一进栈操作


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


image.png


/*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节点的直接后继    S->top=s; /*将新的结点s赋值给栈顶指针*/ S->count++;  //将新的结点s赋值给栈顶指针  return OK;}


4.6.3栈的链式存储结构一出栈操作


至于链栈的出栈pop操作,也是很简单的三句操作。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


image.png


/*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*/    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;}


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0(1)。对比一下顺序栈与链栈,它们在时间复杂度上是一样的,均为0(1)。 对于空间性能,顺序栈需要事先确定一个 固定的长度,可能会存在内存空间浪费的问题,但它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,这同时也增加了一些内存开销,但对于栈的长度无限制。所以它们的区别和线性表中讨论的一样,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,那么最好是用链栈,反之,如果它的变化在可控范围内,建议使用顺序栈会更好一些。


4.7栈的作用


用数组或链表直接实现功能不就行了吗?干吗要引入栈这样的数据结构呢?这个问题问得好。其实这和我们明明有两只脚可以走路,干吗还要乘汽车、火车、飞机一样。理论上,陆地上的任何地方,你都是可以靠双脚走到的,可那需要多少时间和精力呢?我们更关注的是到达而不是如何去的过程。栈的引入简化了程序设计的问题,划分了不同关注层次,使得思考范围缩小,更加聚焦于我们要解决的问题核心。反之,像数组等,因为要分散精力去考虑数组的下标增减等细节问题,反而掩盖了问题的本质。所以现在的许多高级语言,比如Java、 C#等都有对栈结构的封装,你可以不用关注它的实现细节,就可以直接使用Stack的push和pop方法,非常方便。


4.8栈的应用—递归


栈有一个很重要的应用:在程序设计语言中实现了递归。那么什么是递归呢?

当你往镜子前面一站,镜子里面就有一个你的像。但你试过两面镜子一起照吗?如果A、B两面镜子相互面对面放着,你往中间一站,嘿,两面镜子里都有你的千百个“化身”。为什么会有这么奇妙的现象呢?原来,A镜子里有B镜子的像,B镜子里也有A镜子的像,这样反反复复,就会产生一连串的“像中像”。这是一种递归现象!


哈哈哈好有意思啊!


4.8.1 斐波那契数列实现


就是那个兔子生兔子的问题啦,原来在b站学习的时候都会有讲这个例子~


image.png


斐波那契数列的特点就是:前面相邻两项之和,构成了后一项


用迭代实现
int main( ){    int i;    int a[40];    a[0]=0;    a[1]=1;    printf ("%d ",a[0]) ;    printf ("&=%d ",a[1]) ;    for (i=2;i< 40;i++ )    {        a[i]= a[i-1] + a[i-2];        printf ("%d ",a[i] ) ;    }  return 0;}


用递归实现


int Fbi ( int i){ if(!i<2)  return i== 0?0 :1;  return Fbi (i-1)+ Fbi (i-2) ;/*这里Fbi就是函数自己,它在调用自己*/ }int main ( ){  int i;  for (int i= 0;i < 40;i++ )  printf ("&d ",Fbi(i)) ; return 0;


4.8.2递归定义


在高级语言中,调用自己和其他函数并没有本质的不同。我们把一个直接调用自己或通过一系列的调用语句间接地调用自己的函数,称做递归函数。


当然,写递归程序最怕的就是陷入永不结束的无穷递归中,所以,每个递归定义必须至少有一个条件,满足时递归不再进行,即不再引用自身而是返回值退出。比如刚才的例子,总有一次递归会使得i<2的,这样就可以执行return i的语句而不用继续递归了。


对比了两种实现斐波那契的代码。迭代和递归的区别是:迭代使用的是循环结构,递归使用的是选择结构。递归能使程序的结构更清晰、更简洁、更容易让人理解,从而减少读懂代码的时间。但是大量的递归调用会建立函数的副本,会耗费大量的时间和内存。迭代则不需要反复调用函数和占用额外的内存。因此我们应该视不同情况选择不同的代码实现方式。

相关文章
|
2月前
|
C语言
【数据结构】栈和队列(c语言实现)(附源码)
本文介绍了栈和队列两种数据结构。栈是一种只能在一端进行插入和删除操作的线性表,遵循“先进后出”原则;队列则在一端插入、另一端删除,遵循“先进先出”原则。文章详细讲解了栈和队列的结构定义、方法声明及实现,并提供了完整的代码示例。栈和队列在实际应用中非常广泛,如二叉树的层序遍历和快速排序的非递归实现等。
236 9
|
2月前
|
存储 算法
非递归实现后序遍历时,如何避免栈溢出?
后序遍历的递归实现和非递归实现各有优缺点,在实际应用中需要根据具体的问题需求、二叉树的特点以及性能和空间的限制等因素来选择合适的实现方式。
37 1
|
2月前
|
存储 缓存 算法
在C语言中,数据结构是构建高效程序的基石。本文探讨了数组、链表、栈、队列、树和图等常见数据结构的特点、应用及实现方式
在C语言中,数据结构是构建高效程序的基石。本文探讨了数组、链表、栈、队列、树和图等常见数据结构的特点、应用及实现方式,强调了合理选择数据结构的重要性,并通过案例分析展示了其在实际项目中的应用,旨在帮助读者提升编程能力。
69 5
|
2月前
|
存储 算法 Java
数据结构的栈
栈作为一种简单而高效的数据结构,在计算机科学和软件开发中有着广泛的应用。通过合理地使用栈,可以有效地解决许多与数据存储和操作相关的问题。
|
2月前
|
存储 JavaScript 前端开发
执行上下文和执行栈
执行上下文是JavaScript运行代码时的环境,每个执行上下文都有自己的变量对象、作用域链和this值。执行栈用于管理函数调用,每当调用一个函数,就会在栈中添加一个新的执行上下文。
|
2月前
|
存储
系统调用处理程序在内核栈中保存了哪些上下文信息?
【10月更文挑战第29天】系统调用处理程序在内核栈中保存的这些上下文信息对于保证系统调用的正确执行和用户程序的正常恢复至关重要。通过准确地保存和恢复这些信息,操作系统能够实现用户模式和内核模式之间的无缝切换,为用户程序提供稳定、可靠的系统服务。
54 4
|
2月前
|
算法 安全 NoSQL
2024重生之回溯数据结构与算法系列学习之栈和队列精题汇总(10)【无论是王道考研人还是IKUN都能包会的;不然别给我家鸽鸽丢脸好嘛?】
数据结构王道第3章之IKUN和I原达人之数据结构与算法系列学习栈与队列精题详解、数据结构、C++、排序算法、java、动态规划你个小黑子;这都学不会;能不能不要给我家鸽鸽丢脸啊~除了会黑我家鸽鸽还会干嘛?!!!
|
2月前
|
算法
数据结构之购物车系统(链表和栈)
本文介绍了基于链表和栈的购物车系统的设计与实现。该系统通过命令行界面提供商品管理、购物车查看、结算等功能,支持用户便捷地管理购物清单。核心代码定义了商品、购物车商品节点和购物车的数据结构,并实现了添加、删除商品、查看购物车内容及结算等操作。算法分析显示,系统在处理小规模购物车时表现良好,但在大规模购物车操作下可能存在性能瓶颈。
53 0
|
3月前
数据结构(栈与列队)
数据结构(栈与列队)
25 1
|
3月前
|
算法 程序员 索引
数据结构与算法学习七:栈、数组模拟栈、单链表模拟栈、栈应用实例 实现 综合计算器
栈的基本概念、应用场景以及如何使用数组和单链表模拟栈,并展示了如何利用栈和中缀表达式实现一个综合计算器。
54 1
数据结构与算法学习七:栈、数组模拟栈、单链表模拟栈、栈应用实例 实现 综合计算器