栈和队列篇

目录

一、栈

1.栈的概念及结构

1.1栈的概念

1.2栈的结构示意图

2.栈的实现

2.1支持动态增长的栈的结构

2.2压栈（入栈）

2.3出栈

2.4支持动态增长的栈的代码实现

二、队列

1.队列的概念及结构

1.1队列的概念

1.2队列的结构示意图

2.队列的实现

2.1队列的结构

2.2队尾入队列

2.3队头出队列

2.4队列的代码实现

一、栈

1.栈的概念及结构

1.1栈的概念

        栈是一种特殊的线性表。栈只允许在固定的一端进行插入和删除数据的操作，栈的插入操作叫做压栈（进栈），栈的删除操作叫做出栈，进行数据插入和删除操作的一端叫做栈顶，另一端为栈底。栈中的元素遵循先进后出的原则。

1.2栈的结构示意图

2.栈的实现

        栈一般分为静态栈和支持动态增长的栈，静态栈由于栈的空间大小固定不具实用性，所以我们只针对支持动态增长的栈进行代码实现：

2.1支持动态增长的栈的结构

        栈的实现一般使用数组形式来实现，支持动态增长的栈即开辟一个动态数组a用来存储数据，当栈的容量满了之后方便扩容。

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;		// 栈顶int capacity;  // 容量 
}Stack;

2.2压栈（入栈）

        每次压栈首先检查栈的容量是否已满，再决定是否需要扩容，压栈的元素变为新的栈顶

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 5 : (ps->capacity) * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc:");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->a[ps->top] = data;ps->top++;
}

2.3出栈

        出栈后新的栈顶变为出栈前的栈顶的前一个元素

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));ps->top--;
}

2.4支持动态增长的栈的代码实现

#pragma once
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;		// 栈顶int capacity;  // 容量 
}Stack;// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = 0;//top指向栈顶的下一个位置,对top的操作需要是：先使用后++ps->capacity = 0;
}// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 5 : (ps->capacity) * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc:");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->a[ps->top] = data;ps->top++;
}// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));ps->top--;
}// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));return ps->a[ps->top - 1];
}// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}// 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 
int StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}

二、队列

1.队列的概念及结构

1.1队列的概念

        不同于栈的概念，队列只允许在其一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作。进行插入数据操作的一端是队尾，进行删除数据操作的一端是队头。队列是一种特殊的线性表，遵循先进先出的原则。

1.2队列的结构示意图

2.队列的实现

2.1队列的结构

        队列的实现一般使用链表的结构更优：

代码：

// 队列成员节点结构
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{struct QListNode* next;QDataType data;
}QNode;// 队列的结构 
typedef struct Queue
{QNode* front;QNode* rear;int size;
}Queue;

简图：

2.2队尾入队列

代码：

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{assert(q);QNode* NewNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (NewNode == NULL){perror("malloc:");return;}NewNode->data = data;NewNode->next = NULL;if (q->size == 0){q->front = q->rear = NewNode;}else{q->rear->next = NewNode;q->rear = q->rear->next;}q->size++;
}

简图：

2.3队头出队列

代码：

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);//assert(!QueueEmpty(q));if (q->front ==q->rear){if (q->front == NULL){return;}else{free(q->front);q->front = q->rear = NULL;}}else{QNode* Tmp = q->front;q->front = Tmp->next;free(Tmp);Tmp = NULL;}q->size--;
}

简图：

2.4队列的代码实现

#pragma once
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>// 链式结构：表示队列成员节点
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{struct QListNode* next;QDataType data;
}QNode;// 队列的结构 
typedef struct Queue
{QNode* front;QNode* rear;int size;
}Queue;// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{assert(q);q->front = q->rear = NULL;q->size = 0;
}// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{assert(q);QNode* NewNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (NewNode == NULL){perror("malloc:");return;}NewNode->data = data;NewNode->next = NULL;if (q->size == 0){q->front = q->rear = NewNode;}else{q->rear->next = NewNode;q->rear = q->rear->next;}q->size++;
}// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);//assert(!QueueEmpty(q));if (q->front ==q->rear){if (q->front == NULL){return;}else{free(q->front);q->front = q->rear = NULL;}}else{QNode* Tmp = q->front;q->front = Tmp->next;free(Tmp);Tmp = NULL;}q->size--;
}// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{assert(q);assert(!QueueEmpty(q));return q->front->data;
}// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{assert(q);assert(!QueueEmpty(q));return q->rear->data;
}// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{assert(q);return q->size;
}// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* q)
{assert(q);return q->size == 0 ? 1 : 0;
}// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{assert(q);while(!QueueEmpty(q)){QueuePop(q);}
}