【C语言数据结构——————栈和队列4000字详解】

                         

欢迎阅读新一期的c语言数据结构模块————栈和队列

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文章目录

• 栈
  • 一、栈的概念       
    • 1.什么是栈
    • 2.栈的基本操作
  • 二、栈的实现
    • 1.定义栈的结构
    • 2.栈的初始化
    • 3.栈的判空
    • 4.入栈
    • 5.出栈
    • 6.获取栈顶元素
    • 7.栈的销毁
• 队列
  • 一、队列的概念
    • 1.什么是队列
    • 2.队列的基本操作
  • 二、队列的实现
    • 1.定义队列的结构
    • 2.队列初始化
    • 3.队列判空
    • 4.入队
    • 5.出队
    • 6.获取队首元素
    • 7.队列的销毁

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栈

一、栈的概念

1.什么是栈

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

栈顶(Top): 线性表允许进行插入删除的那一端。
栈底(Bottom): 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。

因为其后进先出（Last In First Out）的特性，栈又称为的线性表，简称LIFO结构

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2.栈的基本操作

栈的基本操作通常都有以下几种：

• InitStack(&Stack)：初始化一个空栈S。
• StackEmpty(&Stack)：判断一个栈是否为空，若栈为空则返回true，否则返回false。
• StackPush(&Stack, x)：进栈（栈的插入操作），若栈S未满，则将x加入使之成为新栈顶。
• StackPop(&Stack)：出栈（栈的删除操作），若栈S非空，则返回一个提示.
• GetTop(&Stack)：读栈顶元素。
• DestroyStack(&Stack)：栈销毁，并释放S占用的存储空间（“&”表示引用调用）。

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二、栈的实现

1.定义栈的结构

栈又分为顺序栈和链式栈，这里我们以顺序栈为例

首先想要实现一个栈，我们需要了解如何创建一个栈的结构，这里我们可以用结构体来定义，有两种方式：

①

#define N 10//定义栈的大小
struct Stack
{int a[N];int top;//栈顶
};

②

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;//定义一个栈int top;//栈顶int capacity;//栈的大小
}ST;

第一种结构是用一个宏定义常量定义的栈的大小，这种用静态开辟的空间存在一些瑕疵，如果栈的空间大小太小需要成倍的扩容，很容易造成空间的浪费，所以我们优先采用方法②。

这种方法的好处在于我们可以动态开辟空间，如果空间不够就多开一个空间，这样就可以避免空间的浪费。

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2.栈的初始化

void InitStack(ST* ps)
{assert(ps);//断言ps->a = NULL;//将指针置为空ps->capacity = 0;//初始化大小ps->top = 0;
}

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3.栈的判空

bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);//断言return ps->top == 0;//栈顶为0则为空
}

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4.入栈

入栈的具体流程如图

入栈首先判断空间大小，若已满则需要扩容，然后从栈底向上逐个插入

入栈操作如下

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);//断言if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);//扩容    if (tmp == NULL)//判断空间是否开辟成功{perror("realloc fail");exit(-1);}ps->a = tmp;ps->capacity = newCapacity;}ps->a[ps->top] = x;//插入元素ps->top++;//栈顶移动
}

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5.出栈

出栈操作如图

出栈首先判断是否为空，若为空则返回一个提示，若不为空则只需要直接将栈顶向下移动即可达到出栈的效果。

出栈操作如下;

void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);//断言assert(ps->top > 0);//判断空--ps->top;//栈顶移动
}

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6.获取栈顶元素

这里需要注意top的位置，如果top的指向是栈顶元素的话则只需要return a[ps->top]即可，由于我这里的top是指向栈顶元素的下一个位置，所以需要top-1才可以获取到栈顶元素.

STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);//判断为空return ps->a[ps->top - 1];//返回栈顶元素
}

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7.栈的销毁

void StackDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);//释放栈的空间ps->a = NULL;//将指针置空，防止野指针产生ps->top = ps->capacity = 0;
}

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队列

一.队列的概念

1.什么是队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队首(front): 线性表允许进行插入删除的那一端。
队尾(rear): 固定的，不允许进行插入和删除的另一端。
空队列: 不含任何元素的空表。

因为其先进先出（First In First Out）的特性，队列又称为的线性表，简称FIFO结构

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2.队列的基本操作

• QueueInit(&Q)：初始化队列，构造一个空队列Q。
• QueueEmpty(Q)：判队列空，若队列Q为空返回true，否则返回false。
• QueuePush(&Q, x)：入队，若队列Q未满，将x加入，使之成为新的队尾。
• QueuePop(&Q)：出队，若队列Q非空，删除队头元素。
• QueueFront(&Q)：读队头元素。
• QueueDestroy(&Q): 队列销毁。

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二.队列的实现

队列同样拥有两种实现方式（顺序结构和链式结构），但是用顺序结构实现队列在出列的情况比较复杂，所以这里我们以链式结构来实现队列

1.定义队列的结构

和栈类似，队列的结构可以这样定义

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode//队列节点
{struct QueueNode* next;QDataType data;
}QNode;typedef struct Queue//队列结构
{QNode* head;//队首QNode* tail;//队尾int size;
}Que;

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2.队列初始化

void QueueInit(Que* pq)
{assert(pq);//断言pq->head = pq->tail = NULL;//头尾指针置空pq->size = 0;//大小初始化
}

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3.队列判空

bool QueueEmpty(Que* pq)
{assert(pq);//断言return pq->head == NULL;//头指针为空则为空
}

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4.入队

入队操作如图

入队新开一个节点，将元素插入新的节点，然后判断尾指针是否指向空，若为空则将头尾指针指向新的节点，若不为空则将新的节点作为队尾。

入队实现:

void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{assert(pq);//断言QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//开一个新节点if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->data = x;//新节点赋值newnode->next = NULL;if (pq->tail == NULL)//空队列{pq->head = pq->tail = newnode;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->size++;
}

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5.出队

出队操作和入队操作类似，出队首先判空，若队列为空则返回一个提示，若不为空需要将队首节点指向下一个节点并释放第一个节点。若队首的下一个元素为空，说明改队列只有一个节点，所以需要将头尾指针置空防止野指针的产生。

出队操作如下

void QueuePop(Que* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//判空if (pq->head->next == NULL)//判断队首下一个节点是否为空{free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QNode* next = pq->head->next;//新开一个节点并将头指针下一个节点给新节点free(pq->head);//释放队首pq->head = next;//将新开的节点赋给新队首}pq->size--;//队列大小-1
}

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6.读取队首元素

QDataType QueueFront(Que* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//判空return pq->head->data;//取队首元素
}

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7.队列销毁

void QueueDestroy(Que* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;//创建一个节点存储队首while (cur)//{QNode* next = cur->next;//创建一个中间节点free(cur);//从队首一个一个删除cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;//删完所有节点将指针置空pq->size = 0;//初始化大小
}

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以上就是栈和队列的基本概念和基础操作实现，如果文章存在错误请在评论区留言，最后别忘了三连支持一下，顺着评论回访🌹🌹