数据结构学习笔记(6.顺序栈及链式栈)

本节知识点：

1.数据结构中栈的定义：栈就是一种特殊的线性表，满足后进先出(LIFO)规则的线性表，既然是线性表，就存在顺序栈和链式栈！2.栈仅能在线性表的一端进行操作：栈顶(允许操作的一端)，栈底(不允许操作的一端)如图：


3.顺序栈是在顺序表的基础上进行了一层代码封装而实现的，链式栈是在单链表的基础上封装得到的！需要注意的是，对于顺序表我们要将，顺序表尾部当做栈顶，因为如果放在头部的话，出栈和入栈的时间复杂度是O(n)这样会使整个顺序表都跟着移动，放在尾部就不会，时间复杂度是O(1)。对于链表我们要将，链表头部当做栈顶，因为这样出栈和入栈操作不需要便利整个链表，时间复杂度为O(1)。

示例代码：

顺序栈：SeqStack.h文件：

#ifndef __SeqStack_H__
#define __SeqStack_H__

typedef void SeqStack;

SeqStack* Creat_SeqStack(int capacity);

void  Destroy_SeqStack(SeqStack* stack);

int Get_SeqStack_Length(SeqStack* stack);

int Get_SeqStack_Capacity(SeqStack* stack);

int Clean_SeqStack_Length(SeqStack* stack);

int SeqStack_Push(SeqStack* stack, void* node);

void* Get_SeqStack_Top(SeqStack* stack);

void* SeqStack_Pop(SeqStack* stack);

#endif

SeqStack.c文件：

/************************************************************************************
文件名：SeqStack.c
头文件：SeqStack.h
时间： 2013/08/30
作者： Hao
功能：基于可以复用 带有增 删 改 查 功能的顺序表 创建的顺序栈
************************************************************************************/

#include "SeqStack.h"
#include "Seqlist.h"

/************************************************************************************
函数名：   Creat_SeqStack
函数功能： 创建一个容量为capacity的顺序栈
参数：     顺序栈的容量
返回值：   成功返回  顺序栈的起始地址   失败返回 NULL
************************************************************************************/
SeqStack* Creat_SeqStack(int capacity)
{
return Creat_SeqList(capacity);
}

/************************************************************************************
函数名：   Destroy_SeqSeqStack
函数功能： 销毁顺序栈
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
返回值：   无
************************************************************************************/
void  Destroy_SeqSeqStack(SeqStack* stack)
{
Destroy_SeqList(stack);
}

/************************************************************************************
函数名：   Get_SeqStack_Length
函数功能： 获得顺序栈的长度
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
返回值：   int ret  成功返回length
失败返回-1
************************************************************************************/
int Get_SeqStack_Length(SeqStack* stack)
{
return Get_Seqlist_Length(stack);
}

/************************************************************************************
函数名：   Get_SeqStack_Capacity
函数功能： 获得顺序栈的总容量
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
返回值：   int ret  成功返回capacity
失败返回-1
************************************************************************************/
int Get_SeqStack_Capacity(SeqStack* stack)
{
return Get_Seqlist_Capacity(stack);
}

/************************************************************************************
函数名：   Clean_SeqStack_Length
函数功能： 清空顺序栈  其实就是给length=0；
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
返回值：   int ret  成功返回0
失败返回-1
************************************************************************************/
int Clean_SeqStack_Length(SeqStack* stack)
{
return Clean_Seqlist_Length(stack);
}

/************************************************************************************
函数名：   SeqStack_Push
函数功能： 压栈操作 将一个元素压入顺序栈中
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
void* node  要压入栈中的元素地址
返回值：   int ret  成功返回1
失败返回0
注意：     对于顺序栈的栈顶  要选择顺序表的尾部
因为这样push和pop操作的时间复杂度是O(1)
避免了插入头部和删除头部过程中不必要的操作
************************************************************************************/
int SeqStack_Push(SeqStack* stack, void* node)
{
return Seqlist_Add(stack, node ,Get_Seqlist_Length(stack));
}

/************************************************************************************
函数名：   Get_SeqStack_Top
函数功能： 获得顺序栈的栈顶元素
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
返回值：   void*  成功返回  栈顶元素的地址
失败返回  NULL
************************************************************************************/
void* Get_SeqStack_Top(SeqStack* stack)
{
return Get_Node(stack, Get_Seqlist_Length(stack)-1);
}

/************************************************************************************
函数名：   SeqStack_Pop
函数功能： 将顺序栈的栈顶元素 弹出栈
参数：     void* stack 描述顺序栈结构体指针
返回值：   void*  成功返回  栈顶元素的地址
失败返回  NULL
************************************************************************************/
void* SeqStack_Pop(SeqStack* stack)
{
return Del_Node(stack, Get_Seqlist_Length(stack)-1);
}

main.c文件：

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

typedef struct _tag_str
{
int a;
int b;
}str;
int main(int argc, char *argv[])
{
str str1 = {1,1};
str str2 = {2,2};
str str3 = {3,3};
SeqStack* stack = Creat_SeqStack(15);

SeqStack_Push(stack, &str1);
SeqStack_Push(stack, &str3);
SeqStack_Push(stack, &str2);

printf("%d\n",((str*)Get_SeqStack_Top(stack))->a);
printf("Length: %d \n",Get_SeqStack_Length(stack));
printf("Capacity: %d \n",Get_SeqStack_Capacity(stack));

printf("%d\n",((str*)SeqStack_Pop(stack))->a);
printf("%d\n",((str*)SeqStack_Pop(stack))->a);
printf("%d\n",((str*)SeqStack_Pop(stack))->a);

Destroy_SeqSeqStack(stack);
return 0;
}

链式栈： LinkStack.h文件：

#ifndef __LinkStack_H__
#define __LinkStack_H__
#include "LinkList.h"
typedef void LinkStack;

typedef struct _tag_Str_LinkStack //这个是栈的结构
{
LinkListNode node; //node用来连接链表
void* StackData;   //StackData用来保存栈中数据的地址
}LinkStackNode;

LinkStack* Creat_LinkStack(void);

void  Destroy_LinkStack(LinkStack* stack);

int Get_LinkStack_Length(LinkStack* stack);

int Clean_LinkStack(LinkStack* stack);

int LinkStack_Push(LinkStack* stack, void* node);

void* Get_LinkStack_Top(LinkStack* stack);

void* LinkStack_Pop(LinkStack* stack);

#endif

LinkStack.c文件：

/***************************************************************************************
文件名：LinkStack.c
头文件：LinkStack.h
时间： 2013/08/31
作者： Hao
功能:  基于可以复用 带有增 删 改 查 功能的单链表 写的链式栈
****************************************************************************************/

#include "LinkList.h"
#include "LinkStack.h"
#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>

/****************************************************************************************
函数名：  Creat_LinkStack
函数功能：创建链式栈 返回栈头(这个就是对栈操作的一个对象而已)
参数：    无
返回值：  返回栈头
*****************************************************************************************/
LinkStack* Creat_LinkStack(void)
{
return Creat_LinkListHead();
}

/****************************************************************************************
函数名：  Get_LinkStack_Length
函数功能：获得栈的长度
参数：    栈头
返回值：  成功返回链表长度  失败返回0
*****************************************************************************************/
int Get_LinkStack_Length(LinkStack* stack)
{
return Get_Length(stack);
}

/****************************************************************************************
函数名：  Clean_LinkStack
函数功能：清除链式栈中的所有数据  只剩下栈头
参数：    栈头
返回值：  成功返回1  失败返回0
*****************************************************************************************/
int Clean_LinkStack(LinkStack* stack)
{
int ret = 1;
void* temp = NULL;
while(Get_LinkStack_Length(stack))
{
temp = LinkStack_Pop(stack);
if(NULL == temp)
{
ret = 0;
break;
}
}
return ret;
}

/****************************************************************************************
函数名：  Destroy_LinkStack
函数功能：清空栈 并销毁栈头
参数：    栈头
返回值：  void
*****************************************************************************************/
void  Destroy_LinkStack(LinkStack* stack)
{
Clean_LinkStack(stack); //先清除链式栈中的所有数据
Destroy_LinkListHead(stack); //在清除栈头
}

/****************************************************************************************
函数名：  LinkStack_Push
函数功能：压栈操作 把数据压入栈中
参数：    LinkStack* stack栈头   void* Node要压入栈中的数据的地址
返回值：  压栈成功返回1  压栈失败返回0
*****************************************************************************************/
int LinkStack_Push(LinkStack* stack, void* node)
{
int ret = 1;
if(NULL != node)
{
/*以前的这个结构是需要定义在数据中的结构体的*/
LinkStackNode* data = (LinkStackNode*)malloc(sizeof(LinkStackNode));
if(NULL != data)
{
data->StackData = node;
ret = Add_LinkList(stack, (LinkListNode*)data, 0); //头插  头取
}
else
{
ret = 0;
}

}
else
{
ret = 0;
}
return ret;
}

/****************************************************************************************
函数名：  LinkStack_Pop
函数功能：出栈操作 把数据从栈中弹出
参数：    LinkStack* stack栈头
返回值：  出栈成功返回栈顶数据地址  出栈失败返回NULL
*****************************************************************************************/
void* LinkStack_Pop(LinkStack* stack)
{
void* ret = NULL;
LinkStackNode* temp = (LinkStackNode*)Del_LinkListNode(stack, 1); // 头插  头取
if(NULL != temp)
{
ret = temp->StackData;
free(temp);
}
return ret;
}

/****************************************************************************************
函数名：  Get_LinkStack_Top
函数功能：获得栈顶数据
参数：    LinkStack* stack栈头
返回值：  成功获得栈顶数据  返回栈顶数据地址  失败返回NULL
*****************************************************************************************/
void* Get_LinkStack_Top(LinkStack* stack)
{
void* ret = NULL;
LinkStackNode* temp = (LinkStackNode*)Get_LinkListNode(stack, 1); // 头插  头取
if(NULL != temp)
{
ret = temp->StackData;
}
return ret;
}

main.c文件：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
LinkStack*  stack = Creat_LinkStack();
int a = 9;
int b = 12;
int c = 1;

LinkStack_Push(stack,&a);
LinkStack_Push(stack,&b);
LinkStack_Push(stack,&c);

printf("%d\n",Get_LinkStack_Length(stack));

printf("%d\n",*(int*)Get_LinkStack_Top(stack));

printf("%d\n",*(int*)LinkStack_Pop(stack));
printf("%d\n",*(int*)LinkStack_Pop(stack));
printf("%d\n",*(int*)LinkStack_Pop(stack));
Destroy_LinkStack(stack);
return 0;
}

注意：链式栈和单链表有了一个小区别，就是单链表的插入数据的格式是固定的，每个结构体中都必须存在LinkListNode 链表结构，否则链表的链接会失败！这样就导致一些基本类型的单链表存入数据很不方便！但是链式栈封装掉了这个问题，它自己malloc了一个结构，把要存入的数据地址和LinkListNode链表结构存在了一起，这个步骤是封装掉的，用户是看不见的！链表的升级：根据上面说的问题，我决定把单链表也改成像链式栈一样的处理方式，让用户根本就不知道有LinkListNode这样一个链表结构的存在，当然这样做的代价就是需要额外提供一个void* 的内存空间，来保存数据的地址！而且LinkListNode的空间变成了堆区的空间！

typedef struct Str_LinkList LinkListNode;  //这个结构体是链表的真身
struct Str_LinkList   //每一个链表元素的结构都会包含这个结构  因为当给链表元素强制类型
{                     //转换成(LinkListNode* )的时候  其实就是要开始对每个元素中的 LinkListNode进行赋值了
LinkListNode* next;
void* listdata;
};

新单链表： LinkList.h文件：

#ifndef __LinkList_H__
#define __LinkList_H__

typedef void LinkList;  //这个是为了 封装方便
typedef struct Str_LinkList LinkListNode;  //这个结构体是链表的真身
struct Str_LinkList   //每一个链表元素的结构都会包含这个结构  因为当给链表元素强制类型
{                     //转换成(LinkListNode* )的时候  其实就是要开始对每个元素中的 LinkListNode进行赋值了
LinkListNode* next;
void* listdata;
};

LinkList* Creat_LinkListHead(void);

int Destroy_LinkListHead(LinkList* head);

int Get_Length(LinkList* head);

int Clean_LinkListHead(LinkList* head);

int Add_LinkList(LinkList* head, void* data, int pos);

void* Get_LinkListNode(LinkList* head, int pos);

void* Del_LinkListNode(LinkList* head, int pos);

#endif

LinkList.c文件：

/*******************************************************************************************************
文件名：LinkList.c
头文件：LinkList.h
时间： 2013/08/07
作者： Hao
功能:  可以复用 带有增 删 改 查 功能的单链表
难道： 1.typedef struct Str_LinkList LinkListNode;  //这个结构体是链表的真身
struct Str_LinkList   //每一个链表元素的结构都会包含这个结构  因为当给链表元素强制类型
{                     //转换成(LinkListNode* )的时候  其实就是要开始对每个元素中的 LinkListNode进行赋值了
LinkListNode* next;
};
这个链表结构在链表元素中起到的作用 是本节的难点
2.切记一个问题  就是已经是链表中元素的 千万不要再往链表中添加了 否则链表一定出现无穷的错误
3.对于pos值的问题  add、get、del三个函数中 的链表都是 从1开始的到length  0是链表头
在add函数中pos为0的时候是和pos为1的情况是一样的  都是头插法  0~~~~~无穷大
在get函数中pos为0的时候是获得链表头 地址      0~~~~~length
在del函数中pos为0的时候是无效的 del失败       1~~~~~length
*******************************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include "LinkList.h"

typedef struct str_list_head  //这个是链表头 其实也可以当作一个没有前驱的 链表元素 元素的内容是链表长度
{
//LinkListNode* next;
LinkListNode head; //这个参数要特别重视 每一个链表元素结构的第一个参数一定是 LinkListNode
//因为在寻找链表元素后继的时候 其实就是将链表元素强制类型转换成 LinkListNode*  然后给next进行赋值 其实就是给 LinkListNode变量赋值
int length; //链表长度
}list_head;

/*******************************************************************************************************
函数名： Creat_LinkListHead
函数功能：创建一个链表的链表头 并给链表头分配空间
参数： void
返回值：ret 成功返回链表头地址  失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
LinkList* Creat_LinkListHead(void)
{
list_head* ret = NULL;
ret = (list_head* )malloc( sizeof(list_head)*1 );
if(NULL != ret) //malloc分配成功
{
ret -> length = 0;
//ret -> next = NULL;
ret -> head.next = NULL;
}
return (LinkList* )ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Destroy_LinkListHead
函数功能：释放一个链表头指针
参数：LinkList* head 链表头指针
返回值： ret 释放成功返回1  释放失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Destroy_LinkListHead(LinkList* head)
{
int ret = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( NULL != lhead )
{
Clean_LinkListHead(lhead);
free(lhead);
ret = 1;
}
return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名:Get_Length
函数功能：获得链表的长度
参数: LinkList* head 链表头指针
返回值： ret 成功返回链表长度  失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Get_Length(LinkList* head)
{
int ret = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( NULL != lhead )
{
ret = lhead -> length;
}
return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Clean_LinkListHead
函数功能：	清空链表
参数： LinkList* head 链表头指针
返回值：ret 成功返回1 失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Clean_LinkListHead(LinkList* head)
{
int ret = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( NULL != lhead )
{
while(Get_Length(lhead))
{
Del_LinkListNode(lhead, 1);
}

lhead -> length = 0;
//lhead -> next = NULL;
lhead -> head.next = NULL;
ret = 1;
}
return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名:Add_LinkList
函数功能：往链表里面添加一个链表元素 如果pos的值是0(就是链表头)和1(链表的第一元素 链表元素个数是从1开始算的)都是头插法
pos的值大于链表长度是尾插法  这里面pos值得注意的是 i=1 pos为a的时候 是把链表元素插入第a个元素的位置
当i=0 pos为a的时候 是把链表元素插入 第a个元素位置的后面    切忌：这里面0位置是链表头指针 从1开始是链表元素
参数：   LinkList* head链表头指针    void* data 要插入数据的地址  int pos 插入位置
pos的有效值范围是 从0到无穷大
返回值： ret 插入成功返回1  插入失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Add_LinkList(LinkList* head, void* data, int pos)
{
int ret = 0;
int i = 0;
LinkListNode* Node = (LinkListNode*)malloc(sizeof(LinkListNode));
list_head* lhead = (list_head* )head;
LinkListNode* node = (LinkListNode* )head;
ret=( NULL != node) && ( NULL != Node) && (pos >= 0) && (NULL != Node);
if(1 == ret)
{
for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
node = node->next;
}
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;

lhead -> length++;
Node->listdata = data;
}
return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Get_LinkListNode
函数功能：获得链表中第pos个元素位置的链表元素 链表是从1开始的  0是链表头   pos为0的时候表示get链表头
参数： LinkList* head链表头指针    int pos获得链表元素的位置  pos的有效取值范围是 1 到  length  0是链表头
返回值： void*类型 第pos个链表中元素的地址
*******************************************************************************************************/
void* Get_LinkListNode(LinkList* head, int pos)
{
int ret = 0;
int i = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
ret=( NULL != lhead) && (pos >= 0) && (pos <= lhead->length);
if(1 == ret)
{
LinkListNode* node = (LinkListNode* )head;
for(i=0; i<pos; i++) //执行 pos次   得到的是第pos位置的node
{
node = node->next;
}
return node->listdata;
}
return NULL;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Del_LinkListNode
函数功能：删除链表中第pos位置的链表元素
参数： LinkList* head链表头指针    int pos删除链表元素的位置  pos是删除的链表元素的位置 跟get和add中的
pos是配套的  有效取值范围依然是 1到 length  在这个函数里面由于不能删除链表头 所以pos为0的时候无效
返回值： LinkListNode* ret这个返回值很重要 因为这个删除仅仅是把链表元素踢出了链表 并没有free开辟的内存
应该通过这个返回的地址free  释放内存
删除成功返回 删除链表元素的地址   删除失败返回 NULL
*******************************************************************************************************/
void* Del_LinkListNode(LinkList* head, int pos)
{
void* temp = NULL;
LinkListNode* ret = NULL;
int i = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if(( NULL != lhead) && (pos > 0) && (pos <= lhead->length))
{
LinkListNode* node = (LinkListNode* )head;
for(i=1; i<pos; i++)//执行 pos次   得到的是第pos位置的node  这个方法行不通
{                   //因为要想删除第pos位置的node 应该先找到它上一个链表元素
node = node->next; //所以这里面i=1 比get函数少执行了一次  得到第pos-1位置的node
}
ret = node->next;
node->next = ret->next;

lhead->length--;

temp = ret->listdata;
free(ret);
}
return temp;
}

main.c文件：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 1;
int b = 99;
int c = 20;

LinkList* list =  Creat_LinkListHead();

Add_LinkList(list, &a, 0);
Add_LinkList(list, &b, 0);
Add_LinkList(list, &c, 0);

printf("%d\n",Get_Length(list));

printf("%d\n",*(int*)Get_LinkListNode(list, 1));
printf("%d\n",*(int*)Get_LinkListNode(list, 2));
printf("%d\n",*(int*)Get_LinkListNode(list, 3));

Destroy_LinkListHead(list);
return 0;
}