数据结构4——栈和队列

目录

1.栈

1.1.栈的概念及结构

1.2栈的实现

2.队列

2.1队列的概念及结构

2.2队列的实现

1.栈

1.1.栈的概念及结构

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一段称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO(Last In First Out)的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈，出数据也在栈顶。

（图源来自天命客）

1.2栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

（图来自：小白苦学）

Stack.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>

typedef int STDataType;
//支持动态增长的栈
typedef struct Stact
{
	int* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
//初始化栈
void STInit(ST*ps);
//销毁栈
void STDestroy(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps,STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool STEmpty(ST* ps);

Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"Stack.h"

void STInit(ST* ps)
{
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc::fail");
		return;
	}
	ps->top = 0;                 //ps->top=0;  top是栈顶元素的下一个位置
	ps->capacity = 4;            //ps->top=-1;  top是栈顶元素位置
}

void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity * 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc::fail");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}

int STSize(ST* ps)
{
	return ps->top;
}

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
}

bool STEmpty(ST* ps)
{
	return ps->top == 0;
}

2.队列

2.1队列的概念及结构

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表。（可以抽象理解为：左耳进右耳出）队列具有先进先出FIFO(First In First Out)入列队：进行插入操作一端称为队尾；出队列：进行删除操作的一端称为队头

(图源：长相思979)

2.2队列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

(图源：weixin_52872520)

Queue.h

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);

void QueueDestroy(Queue* pq);

void QueuePush(Queue* pq,QDataType x);

void QueuePop(Queue* pq);

int QueueSize(Queue* pq);

bool QueueEmpty(Queue* pq);

QDataType QueueFront(Queue* pq);

QDataType QueueBack(Queue* pq);

Queue.c

#include"Queue.h"
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while(cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc::fail");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;

	if (pq->head == NULL)
	{
		assert(pq->tail == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head != NULL);
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}