3.栈和队列（汇总版）

mit6.8242024-05-07 8:55

目录

1.栈（一端插和删）

2.队列（一端插另一段删）

2.1队列的概念及结构

[2.2 队列的实现](#2.2 队列的实现)

队列的接口

1.初始化队列

2.销毁队列

3.插入元素

4.出队列（头删）

5.访问对头

6.访问队尾

7.判断队列是否为空

8.查看队列的元素个数

Queue整体代码：

Queue.h

Queue.c

test.c

1.栈（一端插和删）

1.1栈的概念及结构

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。//后进去的数据会先出来

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。

【注意：】因为不知道什么时候出栈，所以顺序也是多变的

具体实现，可以看一下下面这个图片的演示

关键的元素有

接下来就是我们的增删查改，通过接口来实现啦

主体：

cpp 复制代码 
// 静态
//typedef int STDataType;
// #define N 10
// typedef struct Stack
// {
//  STDataType _a[N];
//  int _top; // 栈顶
// }Stack;
//更多用的是下面的动态
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>

typedef int STDataType;
typedef struct stack
{
	STDataType* a;//栈底
	int top;  //栈顶
	int capacity; //容量
}ST;

//初始化栈
void STInit(ST* ps);
//销毁栈
void STDestory(ST* ps);
//入栈（压栈）
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);
//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
bool STEmpty(ST* ps);

点拨：

cpp 复制代码 
//入栈
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
//出栈
ps->top--;
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
	//栈顶元素其实就是top前一位
	//这里注意栈为空时不能获取到元素
}

有一个小细节：栈顶初始化的选择会影响到栈，所以还是要通过接口来实现，如下

栈的灵魂就在于top，top++，top--,更多的还是在做题中去理解吧

2.队列（一端插另一段删）

2.1队列的概念及结构

**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

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。

2.2 队列的实现

创建结构体QueueNode这个结构体是创建节点的，节点由数据和指向下一个节点的指针构成的

第二个结构体是创建指向节点的两个指针，对头指针head和队尾指针tail

cpp 复制代码 
typedef int QueueDataType;
 
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QueueDataType data;
 
}QNode;
 
typedef struct Queue
{
 
	QNode* head;
	QNode* tail;
 
 
}Queue;

队列的接口

cpp 复制代码 
void QueueInit(Queue* pq);   //初始化队列
void QueueDestory(Queue* pq);    //销毁队列
 
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x); //插入元素
void QueuePop(Queue* pq);   //出队列
 
QueueDataType QueueFront(Queue* pq);  //查看队头元素
QueueDataType QueueBack(Queue* pq);   //查看队尾元素
 
bool QueueEmpty(Queue* pq);  //检查队列是否为空
int QueueSize(Queue* pq);    //查看队列的长度

1.初始化队列

cpp 复制代码 
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
 
}

2.销毁队列

当队列不为空时，用一个代替对头往后访问的指针cur ，当cur不为空时，用一个新的节点del 接收cur指向的节点。将del节点释放并置为空，cur在往后走完成对队列的遍历，最后将对头指针和队尾指针都置为空指针

cpp 复制代码 
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;//再在其中定义Qnode引入
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;//暂存销毁
		cur = cur->next;//保留好进行后移
		free(del);
		del = NULL;//del对每个节点进行释放，保留了cur后移
 
	}
 
	pq->head = pq->tail = NULL;
 
}

3.插入元素

队列的性质插入元素只能是尾插，分为两种情况来看：1.队列为空 2.队列不为空

  1. 队列为空时，先去malloc一个新节点，让对头和队尾都指向这个新节点

  2. 当队列不为空时，malloc一个新节点，将新节点插入到tail指针的下一个位置，新的队尾指向新节点的下一个位置

cpp 复制代码 
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); // 1.开辟一个新空间
	if (newnode == NULL)   
	{
		perror("malloc fail!!!");
		exit(-1);    //不成功直接退出程序
	}
	else
	{
		newnode->data = x;   //2. 将数据导入到新空间中
		newnode->next = NULL; //新节点指向空
 
	}
 
	//如果队列为空
	if (pq->head ==NULL&& pq->tail==NULL)//说明队列空
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;  //都指向新节点
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;//3. 将tail的下一个定为new
		pq->tail = pq->tail->next;// tail后移
	}
 
}

4.出队列（头删）

出队列也分为两种情况：1.队列有一个节点 2.队列有多个节点

cpp 复制代码 
void QueuePop(Queue* pq)//队列特性  头删
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
 
	else//很多节点
	{
		QNode* del = pq->head;//del暂存然后销毁
		pq->head = pq->head->next;//保留起来好进行后移
		free(del);
		del = NULL;
	}
 
}

5.访问对头

访问得有元素，需要判断队列是否为空

cpp 复制代码 
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
 
	return pq->head->data;
}

6.访问队尾

访问得保证队列有元素，需要判断队列是否为空

cpp 复制代码 
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    assert(!QueueEmpty);
 
 
    return pq->tail->data;
}

7.判断队列是否为空

cpp 复制代码 
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
    return pq->head == NULL;   //空返回1  有元素0
 
}

8.查看队列的元素个数

查看队列元素的个数得保证队列有元素，生成一个新的指针接受队头指针，代替头指针往后访问队列,返回n 的数值就是队列的元素个数。

cpp 复制代码 
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty);
 
 
	int n = 0;
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}
 
	return n;
}

Queue整体代码：

Queue.h

cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
 
typedef int QueueDataType;
 
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QueueDataType data;
 
}QNode;
 
typedef struct Queue
{
 
	QNode* head;
	QNode* tail;
 
 
}Queue;
 
 
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
 
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
 
QueueDataType QueueFront(Queue* pq);
QueueDataType QueueBack(Queue* pq);
 
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);

Queue.c

cpp 复制代码 
#include "Queue.h"
 
 
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
 
}
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
		del = NULL;
 
	}
 
	pq->head = pq->tail = NULL;
 
 
}
 
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!!!");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
 
	}
 
	//如果队列为空
	if (pq->head ==NULL&& pq->tail==NULL)//说明队列空
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = pq->tail->next;
	}
 
 
 
}
 
 
 
void QueuePop(Queue* pq)//队列特性  头删
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
 
	else//很多节点
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(del);
		del = NULL;
	}
 
 
 
 
}
 
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
 
	return pq->head->data;
}
 
 
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty);
 
 
	return pq->tail->data;
}
 
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	return pq->head == NULL;   //空返回1  有元素0
 
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty);
 
 
	int n = 0;
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}
 
	return n;
 
 
}

test.c

cpp 复制代码 
#include"Queue.h"
 
void testqueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
 
	QueuePush(&q, 555);
	QueuePush(&q, 666);
	QueuePush(&q, 777);
 
	QueuePush(&q, 1);
	
	 
 
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
 
		printf("%d", QueueFront(&q));
 
		QueuePop(&q);
 
		printf("\n");
	}
 
 
 
	QueueDestory(&q);
}
 
 
 
int main()
{
 
 
	testqueue();
 
	return 0;
}

**//**书摘：问题的出现不是让你止步不前，而是为你指明方向

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