一、栈

1.栈的概念及结构

（1）栈的概念

栈是一种特殊的线性表，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端称为栈顶，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。

（2）栈的结构

2.栈的实现

（1）类型和函数的声明

栈的结构与顺序表相同，也是用数组。因为栈的特点是出栈、入栈在同一位置，所以用数组尾插更方便。

c 复制代码

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* data;
	int top;
	int capacity;
}ST;
//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//检查是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//获取栈的元素个数
int STSize(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

（2）初始化栈

c 复制代码

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->data = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

（3）销毁

c 复制代码

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

（4）入栈

c 复制代码

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->data = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->data[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

（5）出栈

c 复制代码

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

（6）检查是否为空

c 复制代码

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

（7）获取栈的元素个数

c 复制代码

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

（8）获取栈顶元素

c 复制代码

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->data[ps->top - 1];
}

二、栈的全部代码

1.Stack.h

c 复制代码

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* data;
	int top;
	int capacity;
}ST;
//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//检查是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//获取栈的元素个数
int STSize(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

2Stack.c

c 复制代码

#include "Stack.h"
//初始化
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->data = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}
//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->data);
	ps->data = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->data = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->data[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}
//检查是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
//获取栈的元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->data[ps->top - 1];
}

3.Test.c

c 复制代码

#include "Stack.h"
void test()
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	STPush(&st, 5);
	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}

	STDestroy(&st);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

三、队列

1.队列的概念及结构

（1）队列的概念

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 ，队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为队尾出队列：进行删除操作的一端称为队头

（2）队列的结构

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。

（1）类型和函数的声明

队列除了节点的结构体以外，还要再创建一个结构体，方便找到尾指针。

c 复制代码

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;
//初始化
void QueInit(Que* pq);
//销毁
void QueDestroy(Que* pq);
//入队
void QuePush(Que* pq, QDataType x);
//出队
void QuePop(Que* pq);
//获取头部元素
QDataType QueFront(Que* pq);
//获取队尾元素
QDataType QueBack(Que* pq);
//获取元素个数
int QueSize(Que* pq);
//检查是否为空
bool QueEmpty(Que* pq);

（2）初始化队列

c 复制代码

void QueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

（3）销毁

c 复制代码

void QueDestroy(Que* 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;
}

（4）入队

入队相当于尾插，因为只有一个入口插入节点，所以直接在这个函数创建一个新节点。分两种情况：刚开始没有节点尾插、已有节点再尾插。

c 复制代码

void QuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

（5）出队

出队相当于头删。如果没有节点，就不能再删了，所以要断言检查是否为空。这里的头删也要分两种情况：只有一个节点、一个以上的节点。

c 复制代码

void QuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueEmpty(pq));
	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--;
}

（6）获取头部元素

c 复制代码

QDataType QueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

（7）获取队尾元素

c 复制代码

QDataType QueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

（8）获取元素个数

c 复制代码

int QueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

（9）检查是否为空

c 复制代码

bool QueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

四、队列的全部代码

1.Queue.h

c 复制代码

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;
//初始化
void QueInit(Que* pq);
//销毁
void QueDestroy(Que* pq);
//入队
void QuePush(Que* pq, QDataType x);
//出队
void QuePop(Que* pq);
//获取头部元素
QDataType QueFront(Que* pq);
//获取队尾元素
QDataType QueBack(Que* pq);
//获取元素个数
int QueSize(Que* pq);
//检查是否为空
bool QueEmpty(Que* pq);

2.Queue.c

c 复制代码

#include "Queue.h"
//初始化
void QueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//销毁
void QueDestroy(Que* 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;
}
//入队
void QuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//出队
void QuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueEmpty(pq));
	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--;
}
//获取头部元素
QDataType QueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}
//获取队尾元素
QDataType QueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}
//获取元素个数
int QueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
//检查是否为空
bool QueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

3.Test.c

c 复制代码

#include "Queue.h"
void test()
{
	Que q;
	QueInit(&q);
	QuePush(&q, 1);
	QuePush(&q, 2);
	QuePush(&q, 3);
	QuePush(&q, 4);
	QuePush(&q, 5);
	while (!QueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueFront(&q));
		QuePop(&q);
	}
	printf("\n");
	QueDestroy(&q);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

感谢观看~

【数据结构】实现栈和队列

目录

一、栈

1.栈的概念及结构

（1）栈的概念

（2）栈的结构

2.栈的实现

（1）类型和函数的声明

（2）初始化栈

（3）销毁

（4）入栈

（5）出栈

（6）检查是否为空

（7）获取栈的元素个数

（8）获取栈顶元素

二、栈的全部代码

1.Stack.h

2Stack.c

3.Test.c

三、队列

1.队列的概念及结构

（1）队列的概念

（2）队列的结构

2.队列的实现

（1）类型和函数的声明

（2）初始化队列

（3）销毁

（4）入队

（5）出队

（6）获取头部元素

（7）获取队尾元素

（8）获取元素个数

（9）检查是否为空

四、队列的全部代码

1.Queue.h

2.Queue.c

3.Test.c