链栈的基本运算

链栈是一种特殊形式的线性数据结构，它与数组实现的顺序栈有所不同，主要在于存储方式和元素的插入与删除操作。在链栈中，每个元素称为一个节点，包含两个部分：数据域（用于存储元素）和指针域（指向下一个节点）。与顺序栈相比，链栈具有更大的灵活性，因为它不依赖于预先分配的连续内存空间。 在这个程序中，我们关注的是链栈的四个基本操作： 1. 入栈（Push）：当需要将一个新元素添加到链栈时，我们创建一个新的节点，将其数据域设置为待插入的元素，并将其指针域指向当前栈顶节点。然后，将新节点设置为新的栈顶节点。这种操作允许栈在内存中任意位置动态增长。 2. 出栈（Pop）：出栈操作是移除并返回链栈顶部的元素。这涉及到修改栈顶指针，使其指向原来的次顶层节点。由于链栈中的节点不是连续存储的，所以这个操作只需要改变少数几个指针，而不需要像顺序栈那样移动大量元素。 3. 访问（Peek或Top）：访问链栈顶部元素而不移除它。在链栈中，这通常意味着获取栈顶节点的数据域值。这个操作不会改变栈的状态。 4. 置空（Clear或Empty）：清除链栈，即释放所有节点并将栈顶指针设为空。在C语言中，这通常涉及遍历整个链栈，逐个释放节点的内存，然后将栈顶指针设为NULL。 链栈的实现通常用C语言完成，利用结构体来定义节点类型，如以下示例： ```c typedef struct Node { int data; struct Node* next; } ListNode; ``` 在C语言中，我们需要提供对应的函数来实现这些操作，例如： ```c // 创建新节点 ListNode* createNode(int value) { ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); if (newNode == NULL) { printf("Memory allocation failed.\n"); return NULL; } newNode->data = value; newNode->next = NULL; return newNode; } // 入栈 void push(ListNode** top, int value) { ListNode* newNode = createNode(value); if (*top == NULL) { *top = newNode; } else { newNode->next = *top; *top = newNode; } } // 出栈 int pop(ListNode** top) { if (*top == NULL) { printf("Stack is empty.\n"); return -1; } int poppedValue = (*top)->data; ListNode* temp = *top; *top = (*top)->next; free(temp); return poppedValue; } // 访问栈顶 int peek(ListNode* top) { if (top == NULL) { printf("Stack is empty.\n"); return -1; } return top->data; } // 置空 void clearStack(ListNode** top) { while (*top != NULL) { ListNode* temp = *top; *top = (*top)->next; free(temp); } } ``` 在实验报告中，可能还会包括关于链栈性能分析、时间复杂度讨论以及可能的优化策略等内容。例如，由于链栈的插入和删除操作都只需要O(1)的时间复杂度，因此在处理大量元素时，它可能比顺序栈更有效率。此外，报告可能会涵盖测试用例，以验证链栈实现的正确性和可靠性。 通过理解这些基本概念和操作，开发者可以更好地掌握数据结构中的链栈，并在实际问题中灵活运用。链栈在算法和程序设计中扮演着重要角色，尤其是在需要动态调整大小或处理大量数据的场景下。