4.6　栈的链式存储结构及实现

4.6　栈的链式存储结构及实现

4.6.1　栈的链式存储结构

讲完了栈的顺序存储结构，我们现在来看看栈的链式存储结构，简称为链栈。

想想看，栈只是栈顶来做插入和删除操作，栈顶放在链表的头部还是尾部呢？由于单链表有头指针，而栈顶指针也是必须的，那干吗不让它俩合二为一呢，所以比较好的办法是把栈顶放在单链表的头部（如图4-6-1所示）。另外，都已经有了栈顶在头部了，单链表中比较常用的头结点也就失去了意义，通常对于链栈来说，是不需要头结点的。

图4-6-1

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。

但对于空栈来说，链表原定义是头指针指向空，那么链栈的空其实就是top=NULL的时候。

链栈的结构代码如下：

typedef struct StackNode
{
    SElemType data;
    struct 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——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，示意图如图4-6-2所示代码如下。

图4-6-2

/* 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;
    /* 把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继，如图中① */
    s->next = S->top;    
    /* 将新的结点s赋值给栈顶指针，如图中② */
    S->top = s;          
    S->count++;
    return OK;
}

4.6.3　栈的链式存储结构——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，如图4-6-3所示。

图4-6-3

/* 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;
    /* 将栈顶结点赋值给p，如图③ */
    p = S->top;               
    /* 使得栈顶指针下移一位，指向后一结点，如图④ */
    S->top = S->top->next;    
    /* 释放结点p */
    free(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O(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O(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。

4.6 栈的链式存储结构及实现