栈和队列的知识点及代码

// 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; //一个指针指向的数组
    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);

动态数组实现的栈结构

栈顶指针top指向栈内下一个可用位置

栈的完整代码实现

cpp 复制代码

// 初始化栈 
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);//确保传入的指针是一个有效的栈的对象，而不是一个空的，无效的指针
	ps->_top = 0;
	ps->_capacity = 0;
	ps->a = NULL;
}

cpp 复制代码

// 入栈 
void StackPush(ST* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);//避免传入空指针
	//当栈为空，或者栈满的时候需要扩容
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		int newcapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;
        //若容量为0时，令容量为4
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity*sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)//目的：避免扩容失败导致所以的数据都被替换
		{
			printf("realloc fail");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->_capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->_top] = data;//访问ps->a的这个数组中，索引为ps->top的位置
	ps->_top++;
}

cpp 复制代码

// 出栈 
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->_top != 0);//栈内没有元素
	ps->_top--;
}

cpp 复制代码

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->_top != 0);
	return ps->a[ps->_top-1];
}

cpp 复制代码

// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->_top;
}

cpp 复制代码

// 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(ST* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->_top == 0)
	{
		return 1;
	}
	return 0;
}

cpp 复制代码

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

队列

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

队列的实现

队列的结构定义和常用操作接口

cpp 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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;
}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);

队列的完整代码实现

cpp 复制代码

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->_front = NULL;
	q->_rear = NULL;
}

cpp 复制代码

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)//空间申请失败
	{
		printf("malloc fail\n");
		return;
	}
	newnode->_data = data;
	newnode->_next = NULL;
	if (q->_front == NULL)//空链表
	{
		q->_front = newnode;
		q->_rear = newnode;
	}
	else
	{
		q->_rear->_next = newnode;
		q->_rear = newnode;
	}
}

cpp 复制代码

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	if (q->_front == NULL)
	{
		return;
	}

	//一个节点
	if (q->_front->_next == NULL)
	{
		free(q->_front);
		q->_front = q->_rear = NULL;//否则再次使用rear指针时会导致野指针的出现
	}
	//多个节点
	else
	{
		QNode* next = q->_front->_next;//这里要注意next指针的类型
		free(q->_front);
		q->_front = next;
	}

}

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);
	int count = 0;
	QNode* temp = q->_front;
	while (temp)
	{
		temp = temp->_next;
		count++;
	}
	return count;
}

cpp 复制代码

// 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)
{
	assert(q);
	if (q->_front == NULL)
	{
		return 1;
	}
	return 0;
}

cpp 复制代码

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->_front;
    //注意要所有节点都要被释放掉
	while (cur)
	{
		QNode* Next = cur->_next;
		free(cur);
		cur = Next;
	}
	q->_front = q->_rear = NULL;
}

📌 总结：栈与队列的核心知识点与实现要点

本文详细介绍了栈和队列这两种最基本的数据结构，涵盖了它们的概念、结构特点、操作方式 以及代码实现，帮助读者从理论到实践全面掌握。

✅ 栈（Stack）

核心特点：后进先出（LIFO），所有操作（入栈、出栈）仅在栈顶进行。
实现方式 ：通常使用数组实现，因为数组在尾部的插入和删除效率高。
关键操作：
- Push：入栈（栈顶插入）
- Pop：出栈（栈顶删除）
- Top：获取栈顶元素
- Empty / Size：判空与大小
代码结构：使用动态数组管理栈空间，支持扩容，避免溢出。

✅ 队列（Queue）

核心特点：先进先出（FIFO），队尾插入，队头删除。
实现方式 ：通常使用链表实现，方便头删尾插。
关键操作：
- Push：队尾插入
- Pop：队头删除
- Front / Back：获取队头/队尾元素
- Empty / Size：判空与大小
代码结构：定义节点结构体和队列结构体，维护头尾指针，支持动态内存分配。

💡 学习建议

栈和队列是算法与数据结构的基础 ，理解它们的底层实现比单纯使用更重要。
建议动手实现一遍代码，理解指针操作、内存管理、边界条件（如空栈/空队列、扩容等）。
后续可以继续学习循环队列 、双端队列等进阶内容，为进一步学习 BFS、DFS、单调栈等算法打下基础。

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