#include<stdio.h> #include<stdlib.h> typedef int Elemtype; typedef struct stack { Elemtype data; struct stack* next; }Stack; Stack* initstack() { Stack* s = (Stack*)malloc(sizeof(Stack)); s->data = 0; s->next = NULL; return s; } //判断是否为空栈 int isempty(Stack* s) { if(s->next == NULL){ return 0; //TODO } return 1; } //头插法（压栈，首节点相当于栈顶 int push(Stack* s, Elemtype e) { Stack* new = (Stack*)malloc(sizeof(Stack)); new->data = e; new->next = s->next; s->next = new; return 1; } //出栈 int pop(Stack* s, Elemtype* e) { if(s->next == NULL){ printf("空的\n"); return 0; //TODO } *e = s->next->data; Stack* p = s->next; s->next = p->next; free(p); return 1; } //获取栈顶元素 int gettop(Stack* s,Elemtype *e) { if(s->next == NULL){ printf("空的\n"); return 0; //TODO } *e = s->next->data; return 1; } int main() { Stack* s = initstack(); push(s,10); push(s,20); push(s,30); Elemtype* e; pop(s,e); printf("%d\n",*e); Elemtype* new; gettop(s,new); printf("%d\n",*new); return 0; }

<think>我们有一个C语言程序，它实现了一个基于链表的栈结构。程序包括初始化栈、判断栈空、入栈、出栈和获取栈顶元素的功能。在main函数中，我们进行了测试：将10、20、30依次入栈，然后进行一次出栈（应该输出30），然后获取栈顶元素（应该输出20）。但是，程序中有几个问题需要注意。 问题分析： 1. 在pop和gettop函数中，参数`Elemtype* e`是一个指针，用于存储弹出的元素或栈顶元素。但是在main函数中，我们定义了两个指针`e`和`new`，却没有为它们分配内存。直接使用未初始化的指针会导致未定义行为（通常会导致程序崩溃）。 2. 在pop函数中，我们使用`*e = s->next->data;`来赋值，但是`e`指向的内存位置是未定义的，因为我们在main函数中声明的是指针变量，但没有让它们指向有效的内存地址。 修正方法： 我们可以将`e`和`new`改为普通变量（非指针），然后传递它们的地址给pop和gettop函数。 例如： ```c Elemtype e; // 改为普通变量 pop(s, &e); // 传递变量的地址 ``` 同样，对于`new`： ```c Elemtype new; gettop(s, &new); ``` 这样，在pop和gettop函数内部，通过指针访问的就是有效的内存地址。 修正后的main函数： ```c int main() { Stack* s = initstack(); push(s,10); push(s,20); push(s,30); Elemtype e; // 改为普通变量 pop(s, &e); // 传递地址 printf("%d\n", e); Elemtype new; gettop(s, &new); // 传递地址 printf("%d\n", new); return 0; } ``` 另外，在initstack函数中，我们创建了一个头节点，该头节点的data字段被初始化为0，但实际上我们并不使用头节点的data，它只作为哨兵节点。在判断栈空时，我们检查s->next是否为NULL。在入栈和出栈操作中，我们都是在头节点之后进行操作。这种设计是可行的。 但是，在initstack函数中，我们分配了一个节点，并且将其data设置为0，next设置为NULL。这个头节点将一直存在，直到栈被销毁（但程序中没有写销毁函数）。在栈为空时，头节点的next为NULL，所以isempty函数返回0（表示空）？实际上，isempty函数中，如果s->next==NULL返回0（表示空），否则返回1（表示非空）。这个逻辑是正确的，因为0在C语言中通常表示假（空），但是函数返回值的注释说“判断是否为空栈”，返回0表示空，1表示非空。这符合常规（0表示空，非0表示非空），但注意函数名是isempty，通常我们希望当栈空时返回真（非0），栈非空时返回假（0）。但这里的设计是： - 如果栈空（s->next==NULL）返回0 -> 表示不是非空？这有点绕。 实际上，这个函数名为isempty，应该返回栈是否为空的状态。按照常规，栈空返回1（真），栈非空返回0（假）。但这里返回值的含义是相反的。 我们可以修改isempty函数，使其更符合常规： ```c int isempty(Stack* s) { return (s->next == NULL); // 栈空返回1（真），非空返回0（假） } ``` 但是原函数中： if(s->next == NULL) return 0; // 如果栈空，返回0 else return 1; // 栈非空返回1 所以，原函数实际上返回的是“栈非空”的状态。函数名isempty和实际返回值含义相反。这可能会引起误解。 有两种修改方式： 1. 修改函数名，比如改为isNotEmpty，但这样不太符合习惯。 2. 修改函数逻辑，使其在栈空时返回1（真），非空时返回0（假）。 为了符合常规，我们选择第二种方式修改isempty函数： ```c int isempty(Stack* s) { if(s->next == NULL) { return 1; // 栈空，返回1 } return 0; // 非空返回0 } ``` 或者更简洁： ```c int isempty(Stack* s) { return (s->next == NULL) ? 1 : 0; } ``` 或者直接： ```c int isempty(Stack* s) { return s->next == NULL; // 因为关系表达式的结果就是1或0，但注意在C语言中，关系表达式的结果是1（真）或0（假），所以这样写是等价的。 } ``` 但是，原代码中并没有在push和pop之前检查栈的状态，所以暂时不影响功能。不过为了代码清晰，建议修改。 另外，在pop和gettop函数中，当栈空时，打印了“空的”并返回0（表示操作失败）。在main函数中，我们并没有检查返回值，所以如果栈空，程序会继续执行，并且通过指针赋值会出错（因为传递的指针可能是无效的）。因此，在调用pop和gettop后，最好检查返回值。 不过，在示例的main函数中，我们连续push了三个元素，所以pop和gettop不会出现空栈的情况。但为了健壮性，可以在调用后检查返回值。 根据以上分析，我们修正代码： 1. 修改isempty函数，使其在栈空时返回1（真），非空时返回0（假）。 2. 修改main函数中的变量定义，将指针改为普通变量，并传递地址。 3. 在pop和gettop函数中，当栈空时返回0，并且不对指针进行赋值（因为栈空，无法获取元素）。 修正后的代码： ```c #include<stdio.h> #include<stdlib.h> typedef int Elemtype; typedef struct stack { Elemtype data; struct stack* next; }Stack; Stack* initstack() { Stack* s = (Stack*)malloc(sizeof(Stack)); s->data = 0; s->next = NULL; return s; } //判断是否为空栈: 空返回1，非空返回0 int isempty(Stack* s) { return (s->next == NULL); } //头插法（压栈，首节点相当于栈顶 int push(Stack* s, Elemtype e) { Stack* new = (Stack*)malloc(sizeof(Stack)); new->data = e; new->next = s->next; s->next = new; return 1; } //出栈 int pop(Stack* s, Elemtype* e) { if (isempty(s)) { // 使用isempty判断，栈空则返回0 printf("栈为空，无法出栈\n"); return 0; } *e = s->next->data; Stack* p = s->next; s->next = p->next; free(p); return 1; } //获取栈顶元素 int gettop(Stack* s, Elemtype* e) { if (isempty(s)) { printf("栈为空，无法获取栈顶元素\n"); return 0; } *e = s->next->data; return 1; } int main() { Stack* s = initstack(); push(s,10); push(s,20); push(s,30); Elemtype e; if (pop(s, &e)) { printf("出栈元素：%d\n", e); } Elemtype new; if (gettop(s, &new)) { printf("栈顶元素：%d\n", new); } return 0; } ``` 注意：在pop和gettop函数中，我们使用了isempty函数来判断栈空，这样更清晰。 另外，在push函数中，没有检查内存分配是否成功，实际应用中应该检查malloc的返回值。 现在，我们按照要求回答问题，并给出相关问题。 回答： 以上代码是一个用C语言实现的链栈（基于链表实现的栈）。主要功能包括：初始化栈、判断栈空、入栈、出栈和获取栈顶元素。在实现中，使用了一个头节点，栈顶元素为头节点的下一个节点。入栈采用头插法，出栈也是删除头节点后的第一个节点。在示例的main函数中，我们测试了入栈三个整数（10,20,30），然后出栈一个元素（30）并打印，再获取当前栈顶元素（20）并打印。 修正了原代码中的两个主要问题： 1. main函数中用于接收出栈元素和栈顶元素的变量由指针改为普通变量，并传递地址给函数。 2. 修正了isempty函数的逻辑，使其在栈空时返回1（真），非空时返回0（假），并修改pop和gettop函数使用isempty进行判断。 同时，在pop和gettop函数中增加了错误处理（当栈空时打印错误信息并返回0表示操作失败），在main函数中检查了这两个函数的返回值以确保安全。 注意：这个栈的实现没有提供销毁栈的函数，可能会导致内存泄漏。在实际使用中，应该添加一个销毁栈的函数，释放所有节点。 §§相关问题§§ 1. 链栈和顺序栈（数组实现）各有什么优缺点？ 2. 在链栈的实现中，为什么通常选择将链表的头节点作为栈顶而不是链表的尾部？ 3. 如何修改代码以实现一个链式队列（使用链表实现的队列）？ 4. 在栈的实现中，如何处理内存分配失败的情况？ 5. 为什么在initstack函数中需要创建一个头节点？不带头节点可以吗？</think>### 栈的链式实现分析 您提供的代码是用C语言实现的链式栈结构。核心功能包括： - `initstack()`：初始化带头节点的空栈 - `isempty()`：判断栈是否为空（返回0表示空） - `push()`：头插法入栈（时间复杂度O(1)） - `pop()`：删除栈顶元素（时间复杂度O(1)） - `gettop()`：获取栈顶元素值 ### 代码中的关键问题 1. **指针使用错误**： ```c Elemtype* e; // 未初始化的野指针 pop(s, e); // 传入无效指针地址 ``` 会导致未定义行为（可能程序崩溃）。应改为： ```c Elemtype e; // 栈变量 pop(s, &e); // 传入有效地址 ``` 2. **栈空判断逻辑反直觉**： ```c int isempty(Stack* s) { if(s->next == NULL) return 0; // 空栈返回0 return 1; // 非空返回1 } ``` 常规做法是空栈返回1（true），建议修改为： ```c int isempty(Stack* s) { return (s->next == NULL); // 空栈返回1 } ``` ### 修正后的完整代码 ```c #include<stdio.h> #include<stdlib.h> typedef int Elemtype; typedef struct stack { Elemtype data; struct stack* next; } Stack; Stack* initstack() { Stack* s = (Stack*)malloc(sizeof(Stack)); s->next = NULL; // 头节点不存储数据 return s; } int isempty(Stack* s) { return (s->next == NULL); // 空栈返回1 } int push(Stack* s, Elemtype e) { Stack* newnode = (Stack*)malloc(sizeof(Stack)); newnode->data = e; newnode->next = s->next; s->next = newnode; return 1; } int pop(Stack* s, Elemtype* e) { if (isempty(s)) { printf("栈空无法弹出\n"); return 0; } Stack* top = s->next; *e = top->data; s->next = top->next; free(top); return 1; } int gettop(Stack* s, Elemtype* e) { if (isempty(s)) { printf("栈空无栈顶元素\n"); return 0; } *e = s->next->data; return 1; } int main() { Stack* s = initstack(); push(s, 10); push(s, 20); push(s, 30); Elemtype e; // 正确：使用栈变量 pop(s, &e); // 传入变量地址 printf("弹出元素: %d\n", e); Elemtype top_val; gettop(s, &top_val); printf("当前栈顶: %d\n", top_val); return 0; } ``` ### 输出结果 ``` 弹出元素: 30 当前栈顶: 20 ```