数据结构:(二)逻辑之门——栈与队列

一、 栈 (Stack):最后进,最先出

栈是仅限在栈顶(Top)进行插入或删除操作的线性表。其核心特性是 LIFO (Last In First Out)。

1. 顺序栈的指针含义

在 C 语言实现中,top 指针的定义至关重要。

  • 习惯定义 :top 指向栈顶元素的下一个位置。

  • 空栈条件 :S.top == S.base。

  • 满栈条件 :S.top - S.base >= S.stacksize。

2. 核心算法:入栈与出栈

cs 复制代码
// 入栈 (Push)
Status Push(SqStack &S, ElemType e) {
    if (S.top - S.base >= S.stacksize) return ERROR; // 满栈
    *S.top++ = e; // 先把 e 放入 top 指向的位置,然后 top 指针自增 1
    return OK;
}

// 出栈 (Pop)
Status Pop(SqStack &S, ElemType &e) {
    if (S.top == S.base) return ERROR; // 空栈
    e = *--S.top; // top 先减 1 指向栈顶元素,再取出赋值给 e
    return OK;
}

二、 栈的顶级应用:括号匹配 (Parenthesis Matching)

这是一个典型的"后进先出"场景:最后出现的左括号,必须最先被匹配掉。

算法精髓:

  1. 遇到左括号 :它是期待被匹配的,先"存"起来 ------ 压栈。

  2. 遇到右括号 :它来寻找匹配对象,找谁?找最近出现的那个左括号 ------ 弹出栈顶检查。

  3. 匹配失败的三种情况:

    • 遇到右括号但栈已空(右括号多余)。

    • 弹出的左括号与当前右括号不匹配(如 [ 与 ))。

    • 遍历结束但栈不为空(左括号多余)。


三、 队列 (Queue):先进先出,公平至上

队列是只允许在队尾 (Rear) 插入、队头 (Front) 删除的线性表。其特性是 FIFO (First In First Out)。

1. 循环队列 (Circular Queue):解决"假溢出"

在顺序存储下,随着出队入队,指针会一直向后移动直到超出界限。为了重复利用空间,我们将数组想象成一个"环"。

  • 核心公式 :利用模运算 %。

  • 指针后移 :i = (i + 1) % MAXSIZE;

2. 难点:如何区分队空还是队满?

当 front == rear 时,队列可能空也可能满。

严版教材方案:牺牲一个单元。

  • 队空 :Q.front == Q.rear。

  • 队满 :(Q.rear + 1) % MAXSIZE == Q.front。

  • 队列长度计算 (高频考点):(Q.rear - Q.front + MAXSIZE) % MAXSIZE。


四、 深度复盘:递归与栈的灵魂绑定

很多初学者不理解为什么递归需要栈。

详细注释:

当一个函数(调用者)调用另一个函数(被调用者)时,系统必须保存调用者的"断点"信息(局部变量、返回地址等)。这些信息被压入系统栈。被调用者执行完后,从栈顶弹出信息恢复调用者。

递归 就是一种特殊的嵌套调用,它不断地把每一层的信息压栈。如果递归没有出口,栈就会被撑爆,产生著名的 Stack Overflow 错误。


五、 今日对比小结

结构 逻辑规则 插入/删除位置 典型应用
栈 LIFO 都在栈顶 括号匹配、表达式求值、递归
队列 FIFO 队尾入、队头出 打印机任务、缓冲区、BFS(广搜)

今日踩坑提醒:

  • 顺序栈 Pop 时,指针是先自减还是先取值?一定要看 top 的初始定义。

  • 循环队列的 MAXSIZE 并不是实际能存的元素个数,如果采取"牺牲一个单元"法,只能存 MAXSIZE - 1 个。

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