【数据结构】栈和队列（Stack & Queue）

引言

在对顺序表，链表有了充分的理解之后，现在让我们学习++栈和队列++！！！

【链表】 👈链表

【顺序表】👈顺序表

目录

💯栈

1.栈的概念及结构

2.栈的实现

⭐初始化栈

⭐入栈

⭐出栈

⭐获取栈顶元素

⭐获取栈中有效元素个数

⭐检测栈是否为空

⭐销毁栈

✨实现结果

💯队列

1.队列的概念及结构

2.列队的实现

⭐初始化列队

⭐队尾入列队

⭐队尾出列队

⭐获取队列头部元素

⭐获取队列中有效元素个数

⭐检测队列是否为空

⭐销毁列队

✨实现结果

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💯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。

先进后出 （Last In First Out）

让我们思考下面2道题目，加深对栈的理解：

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。

// 下面是定长的静态栈的结构，实际中一般不实用，所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{
    STDataType _a[N];
    int _top; // 栈顶
}Stack;
// 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
bool StackEmpty(Stack* ps);

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

⭐初始化栈

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

⭐入栈

void StackPush(ST* p, STDateType x)
{
	if (p->top == p->capacity)
	{
		STDateType* temp = (STDateType*)realloc(p->a, p->capacity * 2*sizeof(STDateType));
		if (temp==NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			p->capacity *= 2;
			p->a = temp;
		}
	}
	p->a[p->top] = x;
	p->top++;
}

⭐出栈

void StackPoP(ST* p)
{
	assert(p);
	assert(p->top>0);
	p->top--;
}

⭐获取栈顶元素

STDateType StackTop(ST* p)
{
	assert(p);
	assert(p->top > 0);
	return p->a[p->top - 1];
}

⭐获取栈中有效元素个数

int Size(ST* p)
{
	return p->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

bool StackEmpty(ST* p)
{
	return p->top == 0;
}

⭐销毁栈

void StackDestory(ST* p)
{
	assert(p);
	free(p->a);
	p->a = NULL;
	p->capacity = p->top = 0;
}

*✨*实现结果

int main()
{
	ST p;
	StackInit(&p);
	StackPush(&p, 1);
	StackPush(&p, 2);
	StackPush(&p, 3);
	StackPush(&p, 4);
	StackPush(&p, 5);
	StackPush(&p, 6);

	while (!StackEmpty(&p))
	{
		printf("%d ", StackTop(&p));
		StackPoP(&p);
	}
	StackDestory(&p);
	return 0;
}

---

💯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.列队的实现

队列的实现方式包括数组和链表。常见的队列实现方式有:

1. 数组实现 :使用一维数组存储元素，通过头指针和尾指针分别指向队头和队尾实现入队和出队操作。
2. 链表实现 :每个元素使用一个节点存储，通过指针链接实现队列，入队操作在链表末尾插入新节点，出队操作删除链表头节点。 从head端删除元素，从tail端插入元素

• 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。（需要将后面的元素集体前移）

// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{
    struct QListNode* _pNext;
    QDataType _data;
}QNode;

// 队列的结构
typedef struct Queue
{
    QNode* _front;
    QNode* _rear;
}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);

⭐初始化列队

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

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

⭐队尾入列队

void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x)
{
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->head == NULL)
	{
		assert(pq->tail == NULL);

		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

⭐队尾出列队

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head != NULL);

	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--;
}

⭐获取队列头部元素

QDatatype QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

⭐获取队列中有效元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

⭐检测队列是否为空

如果为空返回非零结果，如果不为空返回0

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size == 0;
}

⭐销毁列队

void QueueDestroy(Queue* 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;
}

*✨*实现结果

int main()
{
	Queue p;
	QueueInit(&p);
	QueuePush(&p, 1);
	QueuePush(&p, 2);
	QueuePush(&p, 3);
	QueuePush(&p, 4);
	QueuePush(&p, 5);
	while (!QueueEmpty(&p))
	{
		printf("%d ",QueueFront(& p));
		QueuePop(&p);
	}
	QueueDestory(&p);
	return 0;
}

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