栈和队列的实现

一、栈

1.栈的概念及结构

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。进出数据的一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。遵循后进先出(又称 先进后出)的原则

 

2、栈的实现 

栈可以用顺序表或链表来实现，只要满足“先进后出”的原则即可，两者实现的差异不是很大，这里提一下链表的实现，以单链表为例，要将链表的头节点当作栈顶，这样在出栈时就不用去找前一个元素，直接让头节点指向下一个结点就行，否则我们就需要遍历整个单链表找到尾节点的前一个结点

这里选用顺序表的方式，代码如下

#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
	STDataType* data;
	int top;
	int capacity;
}Stack;

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps);
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType x);
// 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);


// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->data = NULL;
	ps->top = 0;//这里代表指向栈顶元素的下一个位置，也可以赋值为-1，代表指向当前栈顶元素，但是后面函数实现会有些许差别
	ps->capacity = 0;
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("malloc");
			return;
		}
		ps->data = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->data[ps->top++] = x;
}
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->data[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);
	return ps->top == 0;
}
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->data);
	ps->data = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

二、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，进行插入操作的一端称为队尾 ，进行删除操作的一端称为队头

 

2.队列的实现 

队列同样可以用顺序表和链表来实现，我们来看看哪种结构更适合队列，很显然顺序表的出队列操作，会导致后面的元素整体往前移动，效率很低，而链表只需要删除头节点就行，为了方便，这里选用链表实现

代码如下

#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>

typedef int QDataType;

typedef struct QNode {
	QDataType data;
	struct QNode* next;
}QNode;

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

//初始化
void QueueInit(Queue* p);
//销毁
void QueueDestroy(Queue* p);
//入队列
void QueuePush(Queue* p, QDataType x);
//出队列
void QueuePop(Queue* p);
//队头元素
QDataType QueueFront(Queue* p);
//队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* p);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Queue* p);
//队列元素
int QueueSize(Queue* p);

void QueueInit(Queue* p)
{
	assert(p);
	p->head = p->tail = NULL;
	p->size = 0;
}

void QueueDestroy(Queue* p)
{
	assert(p);
	QNode* cur = p->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	p->head = p->tail = NULL;
	p->size = 0;
}

void QueuePush(Queue* p, QDataType x)
{
	assert(p);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;
	if (p->head == NULL)
	{
		p->head = p->tail = newnode;
	}
	else
	{
		p->tail->next = newnode;
		p->tail = newnode;
	}
	p->size++;
}

void QueuePop(Queue* p)
{
	assert(p);
	assert(!QueueEmpty(p));
	if (p->head == p->tail)
	{
		free(p->head);
		p->head = p->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = p->head->next;
		free(p->head);
		p->head = next;
	}
	p->size--;
}


QDataType QueueFront(Queue* p)
{
	assert(p);
	assert(!QueueEmpty(p));
	return p->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* p)
{
	assert(p);
	assert(!QueueEmpty(p));
	return p->tail->data;
}

bool QueueEmpty(Queue* p)
{
	assert(p);
	return p->size == 0;
}

int QueueSize(Queue* p)
{
	assert(p);
	return p->size;
}

这里留下两个问题，供读者思考

1.如何用栈实现队列---题目链接---232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）

2.如何用队列实现栈---题目链接---225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）