栈和队列

Lzc7742024-09-03 11:00

目录

栈

1、栈的概念及结构

2、栈的实现

[2.1 top的指向](#2.1 top的指向)

[2.2 动态增长顺序栈](#2.2 动态增长顺序栈)

[2.2.1 Stack.h](#2.2.1 Stack.h)

[2.2.2 Stack.c](#2.2.2 Stack.c)

[2.3 链式堆栈](#2.3 链式堆栈)

[2.3.1 Stack.h](#2.3.1 Stack.h)

[2.3.2 Stack.c](#2.3.2 Stack.c)

队列

1、队列的概念及结构

2、队列的实现

[2.1 链式队列](#2.1 链式队列)

[2.1.1 Queue.h](#2.1.1 Queue.h)

[2.1.2 Queue.c](#2.1.2 Queue.c)

[2.2 顺序循环队列](#2.2 顺序循环队列)

[2.2.1 Queue.h](#2.2.1 Queue.h)

[2.2.2 Queue.c](#2.2.2 Queue.c)

Tips：

1、栈(一般实现顺序栈)

2、队列(一般实现链式队列)

栈

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。

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、栈的实现

栈的实现一般可以使用数组 或者链表 实现，相对而言数组的结构 实现更优一些 。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

2.1 top的指向

两种指向没什么区别，以下采取top指向栈顶数据的下一个位置 即 top指向待插入的位置

2.2 动态增长顺序栈

2.2.1 Stack.h
objectivec 复制代码 
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.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);
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* 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 
int StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps);
2.2.2 Stack.c
objectivec 复制代码 
#include "Stack.h"

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->_a = NULL;
	ps->_top = ps->_capacity = 0;
}

//动态申请
void Stackcapacity(Stack* ps)
{
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		ps->_capacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->_capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, ps->_capacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("Stackcapacity()::realloc()");
			return;
		}
		ps->_a = tmp;
	}
}

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	Stackcapacity(ps);//动态申请
	ps->_a[ps->_top] = data;
	ps->_top++;
}

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->_top == 0)
	{
		printf("栈已空\n");
		return;
	}
	ps->_top--;
}

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->_top != 0);
	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);
	if (ps->_top == 0)
		return 1;
	else
		return 0;
}

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
	ps->_top = ps->_capacity = 0;
}

2.3 链式堆栈

2.3.1 Stack.h
objectivec 复制代码 
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "vld.h"

typedef int DataType;
typedef struct snode
{
	DataType data;
	struct snode* next;
}LSNode;

void StackInitiate(LSNode** head);//初始化

int StackNotEmpty(LSNode* head);//非空，返回1，否则返回0

void StackPush(LSNode* head, DataType x);//入栈

int StackPop(LSNode* head, DataType* x);//出栈，成功，返回1，否则，返回0

int StackTop(LSNode* head, DataType* x);//取栈顶元素，成功，返回1，否则，返回0

void Destroy(LSNode** head);//撤销栈
2.3.2 Stack.c
objectivec 复制代码 
#include "LinStack.h"

void StackInitiate(LSNode** head)//初始化
{
	*head = (LSNode*)malloc(sizeof(LSNode));
	if (*head == NULL)
	{
		perror("StackInitiate():: malloc()");
		return;
	}
	(*head)->next = NULL;
}

int StackNotEmpty(LSNode* head)//非空，返回1，否则返回0
{
	if (head->next == NULL)
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		return 1;
	}
}

void StackPush(LSNode* head, DataType x)//入栈 
{
	LSNode* s = (LSNode*)malloc(sizeof(LSNode));
	if (s == NULL)
	{
		perror("StackPush():: malloc()");
		return;
	}
	s->data = x;
	s->next = head->next;
	head->next = s;
}

int StackPop(LSNode* head, DataType* x)//出栈，成功，返回1，否则，返回0
{
	if (!StackNotEmpty(head))
	{
		printf("栈已空！\n");
		return 0;
	}
	else
	{
		LSNode* del = head->next;
		*x = del->data;
		head->next = head->next->next;
		free(del);
		del = NULL;
		return 1;
	}
}

int StackTop(LSNode* head, DataType* x)//取栈顶元素，成功，返回1，否则，返回0
{
	if (!StackNotEmpty(head))
	{
		printf("栈已空！\n");
		return 0;
	}
	else
	{
		*x = head->next->data;
		return 1;
	}
}

void Destroy(LSNode** head)//撤销栈
{
	/*LSNode* p = *head;
	LSNode* del;
	while( p != NULL)
	{
		del = p;
		p = p->next;
		free(del);
	}
	del = NULL;*/
	while (StackNotEmpty(*head))
	{
		LSNode* del = *head;
		*head = (*head)->next;
		free(del);
	}
	free(*head);
	*head = NULL;
}

队列

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

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 ，因为在数组头上出数据效率比较低。

2.1 链式队列(rear初始化为NULL，之后指向队尾元素)

2.1.1 Queue.h
objectivec 复制代码 
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列 
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);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q);
// 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);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);
2.1.2 Queue.c
objectivec 复制代码 
#include "Queue.h"

// 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* tmp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("QueueNode()::malloc()");
		return;
	}
	tmp->_next = NULL;
	tmp->_data = data;
	if (q->size == 0)
	{
		q->_front = q->_rear = tmp;
	}
	else
	{
		q->_rear->_next = tmp;
		q->_rear = tmp;
	}
	q->size++;
}

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	if (q->size == 0)
	{
		printf("队列已空\n");
		return;
	}
	QNode* del = q->_front;
	q->_front = q->_front->_next;
	if (q->_front == NULL)
	{
		q->_rear = NULL;
	}
	free(del);
	del = NULL;
	q->size--;
}

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->_front);
	return q->_front->_data;
}

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->_rear);
	return q->_rear->_data;
}

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* 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)
{
	if (q->size == 0)
		return 1;
	else
		return 0;
}

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	while (q->_front)
	{
		QNode* del = q->_front;
		q->_front = q->_front->_next;
		free(del);
	}
	q->_rear = NULL;
	q->size = 0;
}

2.2 顺序循环队列(rear初始化为0，指向待插入元素的位置)

2.2.1 Queue.h
objectivec 复制代码 
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#define MaxQueueSize 6

typedef char DataType;
typedef struct
{
	DataType queue[MaxQueueSize];
	int front;
	int rear;
	int count;
}SeqCQueue,*pSeqCQueue;

void QueueInitiate(pSeqCQueue pmyQueue);//初始化队列

int QueueNotEmpty(SeqCQueue myQueue);//队列非空返回1，否则返回0

int QueueAppend(pSeqCQueue pmyQueue,DataType x);//入列，成功返回1，否则返回0

int QueueDelete(pSeqCQueue pmyQueue, DataType* x);//出列，成功返回1，否则返回0

int QueueGet(SeqCQueue myQueue, DataType* y);//取队头元素，成功返回1，否则返回0
2.2.2 Queue.c
objectivec 复制代码 
#include "Queue.h"

void QueueInitiate(pSeqCQueue pmyQueue)//初始化队列
{
	pmyQueue->front = 0;
	pmyQueue->rear = 0;
	pmyQueue->count = 0;
}

int QueueNotEmpty(SeqCQueue myQueue)//队列非空返回1，否则返回0
{
	if (myQueue.count == 0)
		return 0;
	else
		return 1;
}

int QueueAppend(pSeqCQueue pmyQueue,DataType x)//入列，成功返回1，否则返回0
{
	if (pmyQueue->count == MaxQueueSize)
	{
		printf("队列已满！\n");
		return 0;
	}
	else
	{
		pmyQueue->queue[pmyQueue->rear] = x;
		pmyQueue->rear = (pmyQueue->rear + 1) % MaxQueueSize;
		pmyQueue->count++;
		return 1;
	}
}

int QueueDelete(pSeqCQueue pmyQueue, DataType* x)//出列，成功返回1，否则返回0
{
	if (!QueueNotEmpty(*pmyQueue))
	{
		printf("队列已空！\n");
		return 0;
	}
	else
	{
		*x = pmyQueue->queue[pmyQueue->front];
		pmyQueue->front = (pmyQueue->front + 1) % MaxQueueSize;
		pmyQueue->count--;
		return 1;
	}
}

int QueueGet(SeqCQueue myQueue, DataType* y)//取队头元素，成功返回1，否则返回0
{
	if (!QueueNotEmpty(myQueue))
	{
		printf("队列已空！\n");
		return 0;
	}
	else
	{
		*y = myQueue.queue[myQueue.front];
		return 1;
	}
}

Tips：

1、栈(一般实现顺序栈)

1.1 n个元素 依次进栈出栈的情况有多少种?

1.2 无论多简单都要写成一个函数，规范，不容易出错，如：stack.arr[top]，不一定是栈顶元素，因为不知道top是哪种指向

1.3 在实现括号匹配 时，注意 栈是后进先出 且可以边进边出 ，然后注意多种情况

2、队列(一般实现链式队列)

2.1 在实现循环队列 时，注意 怎么循环(%) ，返回队尾元素小心越界

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