数据结构与算法——栈（二）

数据结构与算法系列目录

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数据结构与算法 - 计算表达式
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前言

本文介绍了链接存储的栈的相关知识，并用c做了实现，仅供参考！

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一、任务描述

实现判断栈是否为空、求栈的长度、进栈、出栈以及获取栈顶元素等功能。

二、相关知识

链接存储的栈
栈的存储也可以采用链接存储的方式来实现。下面给出了一种基于链接存储的栈的实现方案：

如图 1 所示：该栈存储了 3 个元素 {56,77,15} ，其中 56 是栈顶元素。

这种实现方案中与栈相关的两个属性元素top和len介绍如下：

• top: 指向栈顶结点的指针；
• len: 栈中结点的个数。

特别说明：链接存储方式下，链表头结点作为栈顶结点，用指针top指向栈顶结点，栈结点个数由len给出。
基于top和len组织成的栈结构如下：

struct LinkStack {
       LNode* top; // 栈顶指针
       int len; // 栈的长度
};

为了讨论简单，我们假设栈元素的数据类型为整数：

    typedef int T; // 栈元素的数据类型

同时，每个结点的结构定义为：

    struct LNode {
        T data;
        LNode* next;
    };

据此，只要给定指向该结构的一指针ls，就可对栈进行出栈操作。

• 进行出栈操作时，将指针top指向的当前栈顶元素 56 出栈，出栈后top指向下一个栈顶元素 77，这时的状态则如图 2 所示。
  
  针对链式栈我们定义如下操作：
• 创建栈：创建一个链式栈。具体操作函数定义如下：

LinkStack* LS_Create()

• 释放栈：释放栈所占用的空间。具体操作函数定义如下：

void LS_Free(LinkStack* ls)

• 清空一个栈：将链式栈变为空栈。具体操作函数定义如下：

void LS_MakeEmpty(LinkStack* ls)

• 判断栈是否为空：若栈为空，则返回true，否则返回false。具体操作函数定义如下：

bool LS_IsEmpty(LinkStack* ls)

• 求栈的长度：获取链式栈的长度。具体操作函数定义如下：

int LS_Length(LinkStack* ls)

• 将元素 x 进栈：将 x 进栈，若满栈则无法进栈，具体操作函数定义如下:

void LS_Push(LinkStack* ls, T x)

• 出栈：出栈的元素放入 item 。若出栈成功(栈不为空)，则返回true；否则(空栈)，返回false。具体操作函数定义如下：

bool LS_Pop(LinkStack* ls, T& item)

• 获取栈顶元素：获取栈顶元素放入 item 中。若获取失败(空栈)，则返回false，否则返回true。具体操作函数定义如下：

bool LS_Top(LinkStack* ls, T& item)

• 打印栈中元素：从栈顶到栈底打印各结点数据元素。具体操作函数定义如下：

void LS_Print(LinkStack* ls)

三、参考代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "LnkStack.h"

/*创建栈*/
LinkStack* LS_Create()
{
    LinkStack* ls=(LinkStack*)malloc(sizeof(LinkStack));
    ls->top = NULL;
    ls->len = 0;
    return ls;
}

/*释放栈*/
void LS_Free(LinkStack* ls)
{
    LNode* curr = ls->top;
    while(curr) {
        LNode* next = curr->next;
        free(curr);
        curr=next;
    }
    free(ls);
}

/*将栈变为空栈*/
void LS_MakeEmpty(LinkStack* ls)
{
    LNode* curr = ls->top;
    while(curr) {
        LNode* next = curr->next;
        free(curr);
        curr=next;
    }
    ls->top = NULL;
    ls->len = 0;
}

/*判断栈是否为空*/
bool LS_IsEmpty(LinkStack* ls)
{
    // 请在这里补充代码，完成本关任务
    /********** Begin *********/
    return ls->len==0;

    /********** End **********/
}

/*获取栈的长度*/
int LS_Length(LinkStack* ls)
{
    // 请在这里补充代码，完成本关任务
    /********** Begin *********/
    return ls->len;

    /********** End **********/
}

/*将x进栈*/
void LS_Push(LinkStack* ls, T x)
{
    // 请在这里补充代码，完成本关任务
    /********** Begin *********/
    LNode* node=(LNode*)malloc(sizeof(LNode));
    node->data=x;
    node->next=ls->top;
    ls->top = node;
    ls->len ++;

    /********** End **********/
}

/*出栈。出栈元素放入item；如果空栈，将返回false*/
bool LS_Pop(LinkStack* ls, T& item)
{
    // 请在这里补充代码，完成本关任务
    /********** Begin *********/
    LNode* node=ls->top;
    if (node==NULL) 
    {
        return false;
    }
    item = node->data;
    ls->top = node->next;
    ls->len --;
    free(node);
    return true;

    /********** End **********/
}

/*读栈顶元素放入item。如果空栈，将返回false*/
bool LS_Top(LinkStack* ls, T& item)
{
    // 请在这里补充代码，完成本关任务
    /********** Begin *********/
    LNode* node=ls->top;
    if (node==NULL) 
    {
        return false;
    }
    item = node->data;
    return true;

    /********** End **********/
}

/*从栈顶到栈底打印各结点数据*/
void LS_Print(LinkStack* ls)
{
    if (ls->len==0){ 
        printf("The stack: Empty!");
        return;
    }
    printf("The stack (from top to bottom):");
    LNode* curr=ls->top;
    while(curr) {
        printf(" %d", curr->data);
         
        curr=curr->next;
    }
   // printf("\n");
}

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总结

本文介绍了栈的相关知识，列举了链接存储的栈实现的相关功能，并用c语言实现了链接存储的栈的数据结构。