【数据结构】栈(stack)-栈链（动态图解、c++、java）

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以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考。

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栈链概述（图解）

• 栈可以用顺序存储，也可以用链式存储，分别称为顺序栈和链栈。
  

• 顺序栈是分配一段连续的空间，需要两个指针，base指向栈底，top指向栈顶。

• 链栈每个节点的地址是不连续的，只需要一个栈顶指针即可。

• 从图中可以看出，链栈的每个节点都包含两个域：数据域和指针域。

链栈的基本操作

• 链栈是操作受限单链表
  • 只能在头部进行插入、删除、取值等操作；
  • 不能在中间和尾部操作进行任何操作。
• 因此，可以按单链表的方法定义链栈的节点。

首先定义一个结构体（内部类），包含一个数据域和一个指针域。

c++代码如下（示例）：

typedef struct SNode {
    int data;//数据域
    SNode *next;//指针域​
} *LinkStack;

java代码如下（示例）：

public static class SNode {
    int data;
    SNode next;
}

1.初始化

• 初始化一个空的链栈是不需要头结点的，因此只需要让栈顶指针为空即可。

c++代码如下（示例）：

void Init(LinkStack &S) {
    S = NULL;
}

java代码如下（示例）：

public static void init(SNode s){
    s = new SNode();
}

2.入栈

• 入栈是将新元素节点压入栈顶。
• 链栈中第一个节点为栈顶，因此将新元素插入到第一个节点的前面；
• 然后修改栈顶指针指向新节点即可。

c++代码如下（示例）：

void Push(LinkStack &S, int e){
    LinkStack p = new SNode;
    p->data = e;
    p->next = S;//新元素的下个地址是老的栈顶
    S = p;//栈顶上移
}

java代码如下（示例）：

public static void push(int e) {
    SNode p = new SNode();
    p.data = e;
    p.next = s;
    s = p;
}

1. 将新节点的指针域指向栈中最上面的指针​； p->next = s
2. 讲新节点置为栈顶​。 ​s = p

3.出栈

• 出栈是把栈顶元素删除。
• 让栈顶指针指向下一个节点； s = s->next
• 然后释放该节点空间（c++）。

c++代码如下（示例）：

bool Pop(LinkStack &S, int &e){
    if(S == NULL){//栈空
        return false;
    }
    LinkStack p = S;//临时节点
    S = p->next;//栈顶下移
    e = p->data;//记录出栈元素
    delete p;//释放空间
    return true;
}

java代码如下（示例）：

public static int pop() {
    if (s == null) {
        return -1;
    }
    SNode p = s;
    s = s.next;
    return p.data;
}

4.取栈顶

• 取栈顶和出栈不同。
• 取栈顶元素只是吧栈顶元素复制一份，栈顶指针未移动，栈内元素个数未变。

c++代码如下（示例）：

int GetTop(LinkStack S){
    if(S == NULL){
        return -1;
    }
    return S->data;
}

java代码如下（示例）：

public static int getTop() {
    if (s == null) {
        return -1;
    }
    return s.data;
}

完整代码

c++代码如下（示例）：

#include

using namespace std;

typedef struct SNode {
    int data;
    SNode *next;
} *LinkStack;

void Init(LinkStack &S) {
    S = NULL;
}

void Push(LinkStack &S, int e) {
    LinkStack p = new SNode;
    p->data = e;
    p->next = S;
    S = p;
}

bool Pop(LinkStack &S, int &e) {
    if (S == NULL) {
        return false;
    }
    LinkStack p = S;
    S = p->next;
    e = p->data;
    delete p;
    return true;
}

int GetTop(LinkStack S) {
    if (S == NULL) {
        return -1;
    }
    return S->data;
}

int main() {
    LinkStack S;
    int n, e;
    Init(S);
    cout << "链栈初始化成功" << endl;
    cout << "输入元素个数：" << endl;
    cin >> n;
    cout << "输入元素，依次入栈" << endl;
    while (n--) {
        cin >> e;
        Push(S, e);
    }
    cout << "元素依次出栈！" << endl;
    while (S != NULL) {
        cout << GetTop(S) << " ";
        Pop(S, e);
    }
    cout << endl;
}

java代码如下（示例）：

public class A {
    public static class SNode {
        int data;
        SNode next;
    }

    private static SNode s;

    public static void init(SNode s){
        s = new SNode();
    }

    public static void push(int e) {
        SNode p = new SNode();
        p.data = e;
        p.next = s;
        s = p;
    }

    public static int pop() {
        if (s == null) {
            return -1;
        }
        SNode p = s;
        s = s.next;
        return p.data;
    }

    public static int getTop() {
        if (s == null) {
            return -1;
        }
        return s.data;
    }

    public static void main(String[] args) {
        init(s);
        System.out.println("链栈初始化成功！");
        push(5);
        push(4);
        push(3);
        push(2);
        push(1);
        System.out.println("创建成功");
        System.out.println("元素依次出栈");
        while (s != null) {
            System.out.print(getTop() + " ");
            pop();
        }
        System.out.println();
    }
}

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总结

1. 顺序栈和链栈的基本操作都只需要常数时间，所以在时间效率 上难分伯仲。
2. 在空间效率 方面，顺序栈需要预先分配固定长度的空间，有可能造成空间的浪费或溢出。
3. 链栈每次只分配一个节点，除非没有内存，否则不会出现溢出，但是每个节点需要一个指针域，结构性开销增加。

• 因此，如果元素个数变化较大，可以采用链栈；反之，可以采用顺序栈。

在实际应用中，顺序栈比链栈应用更广泛。

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