【数据结构实战篇】用C语言实现你的私有队列

f狐0狸x2024-11-27 9:32

🏝️专栏：【数据结构实战篇】

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在前面的文章中我们用C语言实现了栈的数据结构，本期内容我们将实现队列的数据结构

一、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

二、队列的实现

2.1 队列的定义

动用你聪明的小脑袋想一想队列的结构是啥样的，是不是从队尾插入数据，再从队头输出数据，那是不是在队列的结构里面需要一个头结点，还需要一个尾节点，为了方便后面的操作，我们再加一个size变量来记录当前队列的大小

cpp 复制代码 
typedef int QDatatype;

typedef struct QueueNode
{
	QDatatype Data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	struct QueueNode* head;
	struct QueueNode* tail;
	int size;
}Queue;

2.2 队列的初始化

cpp 复制代码 
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	pq->size = 0;
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

2.3 队列入、出

其实这里就是简单的尾插和头删

cpp 复制代码 
//队列增
void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x)
{
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	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++;
}
//队列删
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	QueueNode* cur = pq->head;
	if (cur->next == NULL)
	{
		free(cur);
		cur = NULL;
	}
	else
	{
		pq->head = pq->head->next;
		free(cur);
		cur = NULL;
	}
	pq->size--;
}

2.4 检查队列是否为空、队列大小

cpp 复制代码 
//队列大小
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

2.5 返回队头、队尾

cpp 复制代码 
//返回队头
QDatatype QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->Data;
}
//返回队尾
QDatatype QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->Data;
}

2.6 测试队列

cpp 复制代码 
int main()
{
	Queue Q = { 0 };
	QueueInit(&Q);
	QueuePush(&Q, 1);
	QueuePush(&Q, 2);
	QueuePush(&Q, 3);
	QueuePush(&Q, 4);
	QueuePush(&Q, 5);
	QueuePush(&Q, 6);

	while (!QueueEmpty(&Q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&Q));
		QueuePop(&Q);
	}


	return 0;
}

运行结果如下：

三、实战练习

学习了栈和队列的数据结构，我们现在就来练练手

3.1 有效的括号

力扣链接：有效的括号

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效

3.1.1题目分析

这个题可以用栈的结构来完成这个题，如果字符串中是左括号 ' （ ' ' [ ' ' { '，则正常入栈，如果字符串为右括号' ) ' ' ] ' ' } '，则将这个字符和栈顶元素对比，如果相等就进行下一次循环，如果没有匹配成功，则放回false，循环结束后，并且栈里没有元素了，就返回true，记得在每次返回的时候将空间释放了，不要有内存泄漏哈~

3.1.2 解题代码

对了，因为这里用的是c语言，因此我们需要自己手搓一个栈，不过问题不大啦

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>

typedef int StackDataType;

typedef struct stack
{
	int* StackData;
	int top;
	int capacity;
}ST;

//初始化
void InitStack(ST* ps);
//销毁
void DestoryStack(ST* ps);
//增加
void STPush(ST* ps, StackDataType x);
//删除
void STPop(ST* ps);
//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//栈顶位置
StackDataType STTop(ST* ps);

//初始化
void InitStack(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->StackData = (StackDataType*)malloc(sizeof(StackDataType)*4);
	if (ps->StackData == NULL)
	{
		perror("InitStack：：malloc");
		return;
	}
	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;
}

//销毁
void DestoryStack(ST* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->StackData);
	ps->StackData = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

//增加
void STPush(ST* ps, StackDataType x)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		StackDataType* tmp = (StackDataType*)realloc(ps->StackData,
			sizeof(StackDataType) * ps->capacity * 2);
		if(tmp == NULL)
		{
			perror("STPush：：realloc");
			return;
		}
		ps->StackData = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	
	ps->StackData[ps->top] = x;
	ps->top += 1;

}

//删除
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	ps->top--;
}

//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

//栈顶位置
StackDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->StackData[ps->top - 1];
}

bool isValid(char* s) {
    ST st = {0};
    InitStack(&st);
    char* ps = s;
    while(*s)
    {
        if(*s == '(' || *s == '[' || *s == '{')
        {
            STPush(&st, *s);//左括号入栈
        }
        else
        {
            if(STEmpty(&st))
            {
                DestoryStack(&st);
                return false;
            }
            char top = STTop(&st);
            STPop(&st);
            if((*s == ')' && top != '(') ||
                (*s == ']' && top != '[') ||
                (*s == '}' && top != '{'))
            {
                DestoryStack(&st);
                return false;                
            }
        }
        s++;
    }
    bool ret = STEmpty(&st);
    DestoryStack(&st);

    return ret;
}

3.2 用队列实现栈

力扣链接：用队列实现栈

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）

3.2.1 题目分析

题目要求我们用两个队列来实现栈的结构，因此我们可以先随便将数据输入到一个队列中，再把队列一中的数据除了最后一个，全部转移到另外一个空的队列中，这样就可以实现栈的操作

3.2.2 解题代码

这里也是同样的需要我们手搓一个队列出来，不过上面已经实现过来，所以我们直接cv一下

cpp 复制代码 
typedef int QDatatype;

typedef struct QueueNode
{
	QDatatype Data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	struct QueueNode* head;
	struct QueueNode* tail;
	int size;
}Queue;

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
//队列增
void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x);
//队列删
void QueuePop(Queue* pq);
//队列大小
int QueueSize(Queue* pq);
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//返回队头
QDatatype QueueFront(Queue* pq);
//返回队尾
QDatatype QueueBack(Queue* pq);

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	pq->size = 0;
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* del = cur;
        cur = cur->next;
		free(del);
	}
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//队列增
void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x)
{
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	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++;
}
//队列删
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = NULL;
	}
	else
	{
	    QueueNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}

	pq->size--;
}
//队列大小
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}
//返回队头
QDatatype QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->Data;
}
//返回队尾
QDatatype QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->Data;
}


typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(pst == NULL)
    {
        perror("myStackCreate::malloc");
    }
    QueueInit(&pst->q1);
    QueueInit(&pst->q2);
    return pst;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {

    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    Queue* emptyQ = &obj->q1;
    Queue* nonemptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyQ = &obj->q2;
        nonemptyQ = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(nonemptyQ)>1)
    {
        QueuePush(emptyQ,QueueFront(nonemptyQ));
        QueuePop(nonemptyQ);
    }
    int top = QueueFront(nonemptyQ);
    QueuePop(nonemptyQ);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);

    }

}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);

    free(obj);
}

本期内容到这里就完啦，感谢大家观看~

对了对了，留下你的三连吧，求你啦~ QAQ

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