数据结构------栈（Stack）和队列（Queue）

也是好久没写博客了，那今天就回归一下，写一篇数据结构的博客吧。今天要写的是栈和队列，也是数据结构中比较基础的知识。那么下面开始今天要写的博客了。

栈（Stack）

队列（Queue）

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栈（Stack）

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。

简单描述栈的特点：栈数据的增删都是在一头进行，即在栈顶

那栈又该如何创建与使用呢？他的原理又是怎样的，这里我们就用C语言实现一下。

我们这里就要想这个栈是要用数组来实现还是用链表来实现呢？其实我们可以从其功能开始思考，这两者哪个更好去实现栈的功能，而且效率较高，其实说到这里，很多人可能已经有了结果，其实要说简洁与效率数组更适合来做栈。那么我们下面就来完成一下这个代码完成一个栈。

这里先给头文件因为其中有typedef来命名的类型，以免各位佬看得迷惑。

头文件

这里解释一下DataType是各位做栈时储存数据的类型，需要改变时只需要在头文件里改动一下即可，例如你想变成char类型的数据，即可将 **typedef int DataType;**改为 typedef char DataType;

然后栈的结构体我们就用ST来简化方便写代码。

然后top为栈的数据个数，capacity就表示栈的容量

cs 复制代码

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
typedef int DataType;

typedef struct Stack
{
	DataType* a;
	int top;
	int capacity;
	
}ST;


void StackInit(ST* ps);
void StackDestory(ST* ps);
// 入栈
void StackPush(ST* ps, DataType x);
// 出栈
void StackPop(ST* ps);
DataType StackTop(ST* ps);

int StackSize(ST* ps);
bool StackEmpty(ST* ps);

栈的格式化

cs 复制代码

void StackInit(ST* ps)
{
	assret(ps);
	ps->a = (DataType)mallco(4 * (sizeof(DataType)));
	if (ps->a == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;

}

先将数组a mallco出四个数据的大小，然后将容量capacity改为4.

栈的销毁

cs 复制代码

void StackDestory(ST* ps)

{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;

}

使用完栈后进行销毁得函数，防止内存泄露。及时free掉，然后将a指向NULL。

入栈

cs 复制代码

void StackPush(ST* ps, DataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		DataType* tem = (DataType*)recalloc(ps->a, 2*ps->capacity*sizeof(DataType));
		if (tem == NULL)
		{
			printf("racallco fail\n");
		}
		else
		{
			ps->a = tem;
			ps->capacity = 2 * ps->capacity;
		}

	}

		ps->a[ps->top] = x;
		ps->top++;
	
}

第一个if，先判断数组a是否还有空间入栈，如果满了就进行recallco增容即可增容我们现在时增容两倍较为合适，recallco的用法在前面动态内存创建的文章已经讲过了。所以现在就不多解释了。入栈后记得将top++一下。

出栈

cs 复制代码

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

	
	ps->top--;
}

这里就比较简单粗暴将top--，即可将原本栈顶得书局给屏蔽即可。

求栈的长度和判断栈是否为空

cs 复制代码

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


bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

接下来我们就来看看队列

队列（Queue）

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)

队列的特点：队列与栈的不同是他是在一头进行增数据，一头删数据，而栈数据的增删都是在一头。

然后我们思考一下队列的功能实现是要数组好还是链表好呢，这么一想是不是马上就发现了，如果们还是用数组来实现的话，那么其出队列的时间复杂度为O（N），那么效率太低了，而链表实现的话则是O（1），显而易队列还是用链表实现较好。

下面就是队列函数的实现了。

还是先给大家看看头文件

cs 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>

typedef int Type;

typedef struct Queuenode 
{
	Type* date;
	struct Queue* next;

}Node;


typedef struct Queue
{
	Node* head;
	Node* tail;
}Queue;


void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);

// 队尾入
void QueuePush(Queue* pq, Type x);
// 队头出
void QueuePop(Queue* pq);

这里解释一下为什么创建了两个结构体，因为其中一个作为链表的节点而另一个队列结构体。队列的结构体我们只需要要一个队头和队尾。

队列的格式化

cs 复制代码

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;



}

很简单将队头和队尾指向空NULL即可。

队列的销毁

cs 复制代码

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	Node* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		Node* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;

	}

	pq->head = pq->tail = NULL;


}

这里我们运用一个while循环，创建一个辅助指针来保存节点的下一个。不断free 掉即可。

注意要将队头和队尾指空NULL。

进队

cs 复制代码

void QueuePush(Queue* pq, Type x)
{
	assert(pq);
	Node* new = (Node*)mallco(sizeof(Node));
	if (new == NULL)
	{
		printf("mallco fail\n");
	}
	new->date = x;
	new->next = NULL;
	if (pq->tail = NULL)
	{
		pq->tail = new;
        pq->head = new;
	}


	else
	{
		pq->tail->next = new;
		pq->tail = new;

	}

}

我们mallco一个空间，作为进队的一个节点，然后对节点进行赋值，然后对链表进行尾插就完成了一半了。

需要注意的是记得把原来的tail的next 指向新节点，也要把tail改为新节点，因为尾插后new就为最后的节点也就是尾了。注意当前有没有节点那将head和tail至为new即可。

出队

cs 复制代码

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


	Node* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;



}

这里也是根据队列的删数据特点，这里的出队就是头删了，我们先把head的next保存住，然后free掉head，再然后让next作为新的头。

今天就结束了，希望您能喜欢这篇文章。