栈和队列的小结

原创已于 2023-07-17 11:45:13 修改 · 102 阅读

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#数据结构

于 2023-07-07 15:41:19 首次发布

文章详细介绍了栈和队列这两种基本数据结构的定义、操作以及它们的C语言实现。栈遵循后进先出（LIFO）原则，队列则遵循先进先出（FIFO）原则。提供了动态增长的栈和链式队列的初始化、插入、删除、获取元素等操作的接口和具体代码实现。

1.栈

定义：

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。

相关操作：

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。

栈的接口：

// 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
int StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

2.队列

定义：

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)。

相关操作：

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。

栈的接口：

// 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);

3.栈和队列的代码接口

a.栈


#include<assert.h>
#include<malloc.h>




 //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;

//=====声明=====
int StackEmpty(Stack* ps);
//==============

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	ps->_capacity = 5;
	ps->_top = -1;
	ps->_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * ps->_capacity);
	if (ps->_a == NULL)
	{
		perror("init:");
	}
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	STDataType* newa = NULL;
	ps->_top++;
	if (ps->_top >= ps->_capacity)
	{
		ps->_capacity *= 2;
		newa = (STDataType*)realloc(ps->_a, sizeof(STDataType) * ps->_capacity);
		if (newa == NULL)
		{
			perror("push:");
		}
		ps->_a = newa;
	}
	ps->_a[ps->_top] = data;
}
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (StackEmpty(ps))
	{
		return;
	}
	ps->_top--;
}
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (StackEmpty(ps))
	{
		return -1;
	}
	return ps->_a[ps->_top];
}
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{
	return ps->_top + 1;
}
// 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)
{
	if (ps->_top == -1)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	free(ps->_a);
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = -1;
}

b.队列

//#include"my_queue.h"
#include<assert.h>

//带头的链式队列

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

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

//===声明===
int QueueEmpty(Queue* q);
//==========


// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->_front = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	q->_rear = q->_front;
	q->_front->_data = -1;
	q->_front->_next = NULL;
}
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("push");
	}
	newnode->_data = data;
	newnode->_next = NULL;
	q->_rear->_next = newnode;
	q->_rear = newnode;
}
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* put_qn = NULL;
	if (QueueEmpty(q))
	{
		return;
	}
	//由于带头结点了，所以删除的应该是头结点的下一个结点
	put_qn = q->_front;
	q->_front = q->_front->_next;
	free(put_qn);
}
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	if (QueueEmpty(q))
	{
		return -1;
	}

	return q->_front->_next->_data;
}
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	if (QueueEmpty(q))
	{
		return -1;
	}
	return q->_rear->_data;
}
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* move_qn = NULL;
	int count = 0;
	move_qn = q->_front;
	while (move_qn != q->_rear)
	{
		count++;
		move_qn = move_qn->_next;
	}
	return count;
}
// 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 == q->_rear)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* put_qn = NULL;
	while (q->_front != q->_rear)
	{
		put_qn = q->_front;
		q->_front = q->_front->_next;
		free(put_qn);
	}
	free(q->_rear);
}