数据结构之堆栈的链式存储

在数据结构之堆栈的顺序存储一文中，讲述了堆栈的顺序存储，并指出了顺序存储的局限性。本文讲述堆栈的另一种存储方式：链式存储。

堆栈的链式存储（链栈）是链表的一种表现形式，依然遵循堆栈的“先进后出”这一基本原则。链栈的最小单元是结点，一个结点包含数据域和指针域两个部分。链式存储结构如下图：

图a：堆栈中有一个结点，数据域为A，指针域为null，此时top指向该结点；

图b：向链栈中压入数据域为B的结点，此时堆栈中有两个结点，数据域为A的结点为栈底，数据域为B的结点为栈顶，此时top指向栈顶；

图c：向链栈中压入数据域为C的结点，此时堆栈中有三个结点，数据域为A的结点为栈底，数据域为C的结点为栈顶，此时top指向栈顶；

图d：从栈中弹出数据域为C的栈顶元素，并将top指向结点C的指针域指向的结点B；

图e：从栈中弹出数据域为B的栈顶元素，并将top指向结点B的指针域指向的结点A。

按照面向对象设计的原则，链栈中包括两个对象：一个为结点对象，一个为栈对象。

结点类如下：

public class Node {
	private Object data;
	private Node next;
	
	//构造函数
	public Node() {
		this.data = null;
		this.next = null;
	}
	//构造函数重载
	public Node(Object data) {
		this.data = data;
		this.next = null;
	}
	public Node(Object data, Node next) {
		this.data = data;
		this.next = next;
	}
	
	//读结点数据
	public Object getData() {
		return data;
	}
	//写结点数据
	public void setData(Object data) {
		this.data = data;
	}
	//获取结点链接的下一个点
	public Node getNext() {
		return next;
	}
	//设置结点链接的下一个点
	public void setNext(Node next) {
		this.next = next;
	}
}

链栈类如下：包含判断链栈是否为空、压入元素、弹出栈顶元素、获取栈顶元素等操作。由于链栈可以根据元素数目动态分配内存空间，链栈可以看做有无穷多个空间，除非内存满了。因此，在链栈类中并没有定义判断栈满的操作。

public class LinkHeap {
	/**
	 * 定义并初始化栈顶结点
	 */
	private Node topNode = null;
	
	/**
	 * 判断链栈是否为空栈
	 * 
	 * @return 如果链栈为空栈，返回true；否则返回false
	 */
	public boolean isEmpty() {
		return topNode == null;
	}
	
	/**
	 * 将数据压入链栈
	 * 
	 * @param data 压入链栈的数据
	 */
	public void push(Object data) {
		Node p = new Node(data, topNode);
		topNode = p;
	}
	
	/**
	 * 弹出栈顶元素
	 * 
	 * @return 如果链栈为空栈，返回空值；否则返回栈顶结点的数据域
	 */
	public Object pop() {
		if(isEmpty()) {
			return null;
		}
		else {
			Object data = topNode.getData();
			topNode = topNode.getNext();
			return data;
		}
	}
	
	/**
	 * 获取链栈的栈顶元素
	 * 
	 * @return 如果链栈为空栈，返回空值；否则返回栈顶结点的数据域
	 */
	public Object get() {
		return isEmpty() ? null : topNode.getData();
	}
}

链栈的操作的时间复杂度很低，上述四种方法的时间复杂度均为O(1)。