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前言
又到了数据结构上新啦，本期内容：栈与队列。一起来看看吧~
1.栈的实现
1.1栈的概念
栈的定义是只允许在一端进行插入或删除操作的线性表，也称为后进先出（LIFO：last in first out）的线性表。
栈顶：线性表允许进行插入和删除的那一端。
栈底：固定的，不允许进行插入和删除的另一端。
空栈：不含任何元素的空表。
1.2栈结构的选择
栈其实质结构是一个线性结构，可通过数组或链表来实现，下面对其两者实现的区别进行分析。
数组栈：因为栈只能在一端插入删除，数组在末端插入删除的复杂度都是O(1)，且数组的缓存命中率更高。但可能会造成空间浪费。
链表栈：需要多少空间就开辟多少，不会浪费空间。如果用链表的尾作为栈顶，则需要将其设计成双向链表，因为单链表尾插尾删效率低（需要找尾）；如果用链表的头作为栈顶，则可以将其设计成单链表。
结论：相比两种结构，从优中选择更优的，数组栈的实现会更加好一点。
1.3数组栈的结构
1.4接口实现
初始化栈接口函数
void StackInit(ST* ps)
{
assert(ps);//断言
ps->a = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
}销毁栈接口函数
void StackDestroy(ST* ps)
{
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
free(ps->a);
ps->a = NULL;
}入栈操作接口
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
if (ps->capacity == ps->top)//是否需要增容
{
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : (ps->capacity) * 2;
STDataType* tmp = realloc(ps->a, sizeof(STDataType)*newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
printf("realloc fail\n");
exit(-1);
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;//数据存入栈顶，再改变栈顶的位置
ps->top++;
}出栈操作接口
void StackPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));//栈不为空才能出栈
ps->top--;
}出栈数据接口函数（不改变栈顶位置）
STDataType StackTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));//栈不为空才能出数据
return ps->a[ps->top - 1];
}求栈数据个数
int StackSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;//初始化时top设置为0，top的值即为栈的数据数
//初始化时top设置为-1，则栈的数据数应为top+1
}判空函数
bool StackEmpty(ST* ps)
{
return ps->top == 0;//top=0代表栈无数据，所以表达式成立时返回true，不成立时代表栈不为空，返回false
}2.队列的实现
2.1队列的概念
队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的一端进行删除操作，而在表的另一端进行插入操作，也称为先进先出（FIFO：first in first out）线性表。和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。
队头：进行删除操作的端。
队尾：进行插入操作的端。
2.2队列结构的选择
从队列的概念介绍中可知，若用数组来实现队列明显不太妥，因为数组在其尾端插入删除简单，但在其头端插入删除时需要挪动数据，效率就会大打折扣。
而链表则可以解决这些问题，其可以在链表的头部出数据，在链表的尾部入数据，多定义一个尾结点可以帮助我们更方便的实现这一结构。
综上，队列的结构实现利用链表来实现更优。
2.3利用单链表实现队列的结构
2.4接口实现
初始化队列接口函数
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;//初始链表结点均为空
pq->tail = NULL;
}销毁队列接口函数
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QueueNode* cur = pq->head;//遍历链表销毁结点，与单链表销毁一致
while (cur != NULL)
{
QueueNode* next = cur->next;//保存下一结点
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = pq->tail = NULL;
}入队列接口函数
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));//申请新结点
newnode->data = x;
//从队尾插入新结点即可，需讨论第一次插入
if (pq->head == NULL)//head为空代表链表为第一次插入
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else//链表不为空直接将其插入到tail的后面，然后改变tail即可
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
}出队列接口函数
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));//队列不能为空，为空了就没东西出了
//从队头出数据，链表的头删操作即可
QueueNode* next = pq->head->next;//保存头结点的下一结点，防止释放头结点后找不到
free(pq->head);
pq->head = next;
if (pq->head == NULL)//如果head为空，证明队列已经无数据了，需要更新一下tail的指向，防止成为野指针
{
pq->tail = NULL;
}
}求队头元素函数
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));//队列不能为空
return pq->head->data;
}求队尾元素函数
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));//队列不能为空
return pq->tail->data;
}求队列数据个数函数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
int n = 0;
QueueNode* cur = pq->head;//遍历链表求个数
while (cur)
{
++n;
cur = cur->next;
}
return n;
}判空函数
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->head == NULL;
}小结
本次栈与队列的结构与实现就讲到这里啦~
下期内容：栈与队列的OJ题介绍。