大话数据结构读书笔记（栈和队列）

最新推荐文章于 2023-05-07 14:25:54 发布

ZQL Go！zyk

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文章标签：数据结构

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_64065824/article/details/122522623

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栈的定义，线性表，先入后出，简称LIFO

栈的基本操作

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   

#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; 
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

/* 顺序栈结构 */
typedef struct
{
        SElemType data[MAXSIZE];
        int top; /* 用于栈顶指针 */
}SqStack;

Status visit(SElemType c)
{
        printf("%d ",c);
        return OK;
}

/*  构造一个空栈S */
Status InitStack(SqStack *S)
{ 
        /* S.data=(SElemType *)malloc(MAXSIZE*sizeof(SElemType)); */
        S->top=-1;
        return OK;
}

/* 把S置为空栈 */
Status ClearStack(SqStack *S)
{ 
        S->top=-1;
        return OK;
}

/* 若栈S为空栈，则返回TRUE，否则返回FALSE */
Status StackEmpty(SqStack S)
{ 
        if (S.top==-1)
                return TRUE;
        else
                return FALSE;
}

/* 返回S的元素个数，即栈的长度 */
int StackLength(SqStack S)
{ 
        return S.top+1;
}

/* 若栈不空，则用e返回S的栈顶元素，并返回OK；否则返回ERROR */
Status GetTop(SqStack S,SElemType *e)
{
        if (S.top==-1)
                return ERROR;
        else
                *e=S.data[S.top];
        return OK;
}

/* 插入元素e为新的栈顶元素 */
Status Push(SqStack *S,SElemType e)
{
        if(S->top == MAXSIZE -1) /* 栈满 */
        {
                return ERROR;
        }
        S->top++;				/* 栈顶指针增加一 */
        S->data[S->top]=e;  /* 将新插入元素赋值给栈顶空间 */
        return OK;
}

/* 若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR */
Status Pop(SqStack *S,SElemType *e)
{ 
        if(S->top==-1)
                return ERROR;
        *e=S->data[S->top];	/* 将要删除的栈顶元素赋值给e */
        S->top--;				/* 栈顶指针减一 */
        return OK;
}

/* 从栈底到栈顶依次对栈中每个元素显示 */
Status StackTraverse(SqStack S)
{
        int i;
        i=0;
        while(i<=S.top)
        {
                visit(S.data[i++]);
        }
        printf("\n");
        return OK;
}

int main()
{
        int j;
        SqStack s;
        int e;
        if(InitStack(&s)==OK)
                for(j=1;j<=10;j++)
                        Push(&s,j);
        printf("栈中元素依次为：");
        StackTraverse(s);
        Pop(&s,&e);
        printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);
        printf("栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
        GetTop(s,&e);
        printf("栈顶元素 e=%d 栈的长度为%d\n",e,StackLength(s));
        ClearStack(&s);
        printf("清空栈后，栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
        
        return 0;
}

两栈共享空间

数组有两个端点，两个栈有两个栈底，让一个栈的栈底为数组的始端，下标为0处，另一个为末端，下标为n-1处，两个栈若增加元素，就是两端点向中间延伸，两栈顶，top1+1=top2时，栈满

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   

#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; 

typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */


/* 两栈共享空间结构 */
typedef struct 
{
        SElemType data[MAXSIZE];
        int top1;	/* 栈1栈顶指针 */
        int top2;	/* 栈2栈顶指针 */
}SqDoubleStack;


Status visit(SElemType c)
{
        printf("%d ",c);
        return OK;
}

/*  构造一个空栈S */
Status InitStack(SqDoubleStack *S)
{ 
        S->top1=-1;
        S->top2=MAXSIZE;
        return OK;
}

/* 把S置为空栈 */
Status ClearStack(SqDoubleStack *S)
{ 
        S->top1=-1;
        S->top2=MAXSIZE;
        return OK;
}

/* 若栈S为空栈，则返回TRUE，否则返回FALSE */
Status StackEmpty(SqDoubleStack S)
{ 
        if (S.top1==-1 && S.top2==MAXSIZE)
                return TRUE;
        else
                return FALSE;
}

/* 返回S的元素个数，即栈的长度 */
int StackLength(SqDoubleStack S)
{ 
        return (S.top1+1)+(MAXSIZE-S.top2);
}

/* 插入元素e为新的栈顶元素 */
Status Push(SqDoubleStack *S,SElemType e,int stackNumber)
{
        if (S->top1+1==S->top2)	/* 栈已满，不能再push新元素了 */
                return ERROR;	
        if (stackNumber==1)			/* 栈1有元素进栈 */
                S->data[++S->top1]=e; /* 若是栈1则先top1+1后给数组元素赋值。 */
        else if (stackNumber==2)	/* 栈2有元素进栈 */
                S->data[--S->top2]=e; /* 若是栈2则先top2-1后给数组元素赋值。 */
        return OK;
}

/* 若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR */
Status Pop(SqDoubleStack *S,SElemType *e,int stackNumber)
{ 
        if (stackNumber==1) 
        {
                if (S->top1==-1) 
                        return ERROR; /* 说明栈1已经是空栈，溢出 */
                *e=S->data[S->top1--]; /* 将栈1的栈顶元素出栈 */
        }
        else if (stackNumber==2)
        { 
                if (S->top2==MAXSIZE) 
                        return ERROR; /* 说明栈2已经是空栈，溢出 */
                *e=S->data[S->top2++]; /* 将栈2的栈顶元素出栈 */
        }
        return OK;
}

Status StackTraverse(SqDoubleStack S)
{
        int i;
        i=0;
        while(i<=S.top1)
        {
                visit(S.data[i++]);
        }
        i=S.top2;
        while(i<MAXSIZE)
        {
                visit(S.data[i++]);
        }
        printf("\n");
        return OK;
}

int main()
{
        int j;
        SqDoubleStack s;
        int e;
        if(InitStack(&s)==OK)
        {
                for(j=1;j<=5;j++)
                        Push(&s,j,1);
                for(j=MAXSIZE;j>=MAXSIZE-2;j--)
                        Push(&s,j,2);
        }

        printf("栈中元素依次为：");
        StackTraverse(s);

        printf("当前栈中元素有：%d \n",StackLength(s));

        Pop(&s,&e,2);
        printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);
        printf("栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));

        for(j=6;j<=MAXSIZE-2;j++)
                Push(&s,j,1);

        printf("栈中元素依次为：");
        StackTraverse(s);

        printf("栈满否：%d(1:否 0:满)\n",Push(&s,100,1));

        
        ClearStack(&s);
        printf("清空栈后，栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
        
        return 0;
}

链栈的基本操作

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   

#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; 
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */


/* 链栈结构 */
typedef struct StackNode
{
        SElemType data;
        struct StackNode *next;
}StackNode,*LinkStackPtr;


typedef struct
{
        LinkStackPtr top;
        int count;
}LinkStack;

Status visit(SElemType c)
{
        printf("%d ",c);
        return OK;
}

/*  构造一个空栈S */
Status InitStack(LinkStack *S)
{ 
        S->top = (LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode));
        if(!S->top)
                return ERROR;
        S->top=NULL;
        S->count=0;
        return OK;
}

/* 把S置为空栈 */
Status ClearStack(LinkStack *S)
{ 
        LinkStackPtr p,q;
        p=S->top;
        while(p)
        {  
                q=p;
                p=p->next;
                free(q);
        } 
        S->count=0;
        return OK;
}

/* 若栈S为空栈，则返回TRUE，否则返回FALSE */
Status StackEmpty(LinkStack S)
{ 
        if (S.count==0)
                return TRUE;
        else
                return FALSE;
}

/* 返回S的元素个数，即栈的长度 */
int StackLength(LinkStack S)
{ 
        return S.count;
}

/* 若栈不空，则用e返回S的栈顶元素，并返回OK；否则返回ERROR */
Status GetTop(LinkStack S,SElemType *e)
{
        if (S.top==NULL)
                return ERROR;
        else
                *e=S.top->data;
        return OK;
}

/* 插入元素e为新的栈顶元素 */
Status Push(LinkStack *S,SElemType e)
{
        LinkStackPtr s=(LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode)); 
        s->data=e; 
        s->next=S->top;	/* 把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继，见图中① */
        S->top=s;         /* 将新的结点s赋值给栈顶指针，见图中② */
        S->count++;
        return OK;
}

/* 若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR */
Status Pop(LinkStack *S,SElemType *e)
{ 
        LinkStackPtr p;
        if(StackEmpty(*S))
                return ERROR;
        *e=S->top->data;
        p=S->top;					/* 将栈顶结点赋值给p，见图中③ */
        S->top=S->top->next;    /* 使得栈顶指针下移一位，指向后一结点，见图中④ */
        free(p);                    /* 释放结点p */        
        S->count--;
        return OK;
}

Status StackTraverse(LinkStack S)
{
        LinkStackPtr p;
        p=S.top;
        while(p)
        {
                 visit(p->data);
                 p=p->next;
        }
        printf("\n");
        return OK;
}

int main()
{
        int j;
        LinkStack s;
        int e;
        if(InitStack(&s)==OK)
                for(j=1;j<=10;j++)
                        Push(&s,j);
        printf("栈中元素依次为：");
        StackTraverse(s);
        Pop(&s,&e);
        printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);
        printf("栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
        GetTop(s,&e);
        printf("栈顶元素 e=%d 栈的长度为%d\n",e,StackLength(s));
        ClearStack(&s);
        printf("清空栈后，栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
        return 0;
}

函数的递归调用，经典斐波那契

#include "stdio.h"

/* 斐波那契的递归函数 */
int Fbi(int i)  
{
	if( i < 2 )
		return i == 0 ? 0 : 1;  
    return Fbi(i - 1) + Fbi(i - 2);  /* 这里Fbi就是函数自己，等于在调用自己 */
}  

int main()
{
	int i;
	int a[40];  
	printf("迭代显示斐波那契数列：\n");
	a[0]=0;
	a[1]=1;
	printf("%d ",a[0]);  
	printf("%d ",a[1]);  
	for(i = 2;i < 40;i++)  
	{ 
		a[i] = a[i-1] + a[i-2];  
		printf("%d ",a[i]);  
	} 
	printf("\n");
	
	printf("递归显示斐波那契数列：\n");
	for(i = 0;i < 40;i++)  
		printf("%d ", Fbi(i));  
    return 0;
}

队列定义

只允许在一端进行插入操作，另一端进行删除操作的线性表，先入先出

队列简称FIFO

顺序队列实现

#include <stdio.h>
int enQueue(int *a,int rear,int data){
    a[rear]=data;
    rear++;
    return rear;
}
void deQueue(int *a,int front,int rear){
    //如果 front==rear，表示队列为空
    while (front!=rear) {
        printf("出队元素：%d\n",a[front]);
        front++;
    }
}
int main() {
    int a[100];
    int front,rear;
    //设置队头指针和队尾指针，当队列中没有元素时，队头和队尾指向同一块地址
    front=rear=0;
    //入队
    rear=enQueue(a, rear, 1);
    rear=enQueue(a, rear, 2);
    rear=enQueue(a, rear, 3);
    rear=enQueue(a, rear, 4);
    //出队
    deQueue(a, front, rear);
    return 0;
}

循环队列

队列可能出现假溢出的情况，队列前面是空的，而后面满了，但还在继续增加元素，这会导致数组越界，而前面的空间却浪费掉了，为解决此问题，我们可以使用循环队列。后面满了就从头开始，头尾相接。

#include <stdio.h>
#define max 5//表示顺序表申请的空间大小
int enQueue(int *a,int front,int rear,int data){
    //添加判断语句，如果rear超过max，则直接将其从a[0]重新开始存储，如果rear+1和front重合，则表示数组已满
    if ((rear+1)%max==front) {
        printf("空间已满");
        return rear;
    }
    a[rear%max]=data;
    rear++;
    return rear;
}
int  deQueue(int *a,int front,int rear){
    //如果front==rear，表示队列为空
    if(front==rear%max) {
        printf("队列为空");
        return front;
    }
    printf("%d ",a[front]);
    //front不再直接 +1，而是+1后同max进行比较，如果=max，则直接跳转到 a[0]
    front=(front+1)%max;
    return front;
}
int main() {
    int a[max];
    int front,rear;
    //设置队头指针和队尾指针，当队列中没有元素时，队头和队尾指向同一块地址
    front=rear=0;
    //入队
    rear=enQueue(a,front,rear, 1);
    rear=enQueue(a,front,rear, 2);
    rear=enQueue(a,front,rear, 3);
    rear=enQueue(a,front,rear, 4);
    //出队
    front=deQueue(a, front, rear);
    //再入队
    rear=enQueue(a,front,rear, 5);
    //再出队
    front=deQueue(a, front, rear);
    //再入队
    rear=enQueue(a,front,rear, 6);
    //再出队
    front=deQueue(a, front, rear);
    front=deQueue(a, front, rear);
    front=deQueue(a, front, rear);
    front=deQueue(a, front, rear);
    return 0;
}

链式队列实现

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   

#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; 

typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

typedef struct QNode	/* 结点结构 */
{
   QElemType data;
   struct QNode *next;
}QNode,*QueuePtr;

typedef struct			/* 队列的链表结构 */
{
   QueuePtr front,rear; /* 队头、队尾指针 */
}LinkQueue;

Status visit(QElemType c)
{
	printf("%d ",c);
	return OK;
}

/* 构造一个空队列Q */
Status InitQueue(LinkQueue *Q)
{ 
	Q->front=Q->rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
	if(!Q->front)
		exit(OVERFLOW);
	Q->front->next=NULL;
	return OK;
}

/* 销毁队列Q */
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q)
{
	while(Q->front)
	{
		 Q->rear=Q->front->next;
		 free(Q->front);
		 Q->front=Q->rear;
	}
	return OK;
}

/* 将Q清为空队列 */
Status ClearQueue(LinkQueue *Q)
{
	QueuePtr p,q;
	Q->rear=Q->front;
	p=Q->front->next;
	Q->front->next=NULL;
	while(p)
	{
		 q=p;
		 p=p->next;
		 free(q);
	}
	return OK;
}

/* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(LinkQueue Q)
{ 
	if(Q.front==Q.rear)
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

/* 求队列的长度 */
int QueueLength(LinkQueue Q)
{ 
	int i=0;
	QueuePtr p;
	p=Q.front;
	while(Q.rear!=p)
	{
		 i++;
		 p=p->next;
	}
	return i;
}

/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
Status GetHead(LinkQueue Q,QElemType *e)
{ 
	QueuePtr p;
	if(Q.front==Q.rear)
		return ERROR;
	p=Q.front->next;
	*e=p->data;
	return OK;
}


/* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */
Status EnQueue(LinkQueue *Q,QElemType e)
{ 
	QueuePtr s=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
	if(!s) /* 存储分配失败 */
		exit(OVERFLOW);
	s->data=e;
	s->next=NULL;
	Q->rear->next=s;	/* 把拥有元素e的新结点s赋值给原队尾结点的后继，见图中① */
	Q->rear=s;		/* 把当前的s设置为队尾结点，rear指向s，见图中② */
	return OK;
}

/* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */
Status DeQueue(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{
	QueuePtr p;
	if(Q->front==Q->rear)
		return ERROR;
	p=Q->front->next;		/* 将欲删除的队头结点暂存给p，见图中① */
	*e=p->data;				/* 将欲删除的队头结点的值赋值给e */
	Q->front->next=p->next;/* 将原队头结点的后继p->next赋值给头结点后继，见图中② */
	if(Q->rear==p)		/* 若队头就是队尾，则删除后将rear指向头结点，见图中③ */
		Q->rear=Q->front;
	free(p);
	return OK;
}

/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
Status QueueTraverse(LinkQueue Q)
{
	QueuePtr p;
	p=Q.front->next;
	while(p)
	{
		 visit(p->data);
		 p=p->next;
	}
	printf("\n");
	return OK;
}

int main()
{
	int i;
	QElemType d;
	LinkQueue q;
	i=InitQueue(&q);
	if(i)
		printf("成功地构造了一个空队列!\n");
	printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));
	printf("队列的长度为%d\n",QueueLength(q));
	EnQueue(&q,-5);
	EnQueue(&q,5);
	EnQueue(&q,10);
	printf("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n",QueueLength(q));
	printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));
	printf("队列的元素依次为：");
	QueueTraverse(q);
	i=GetHead(q,&d);
	if(i==OK)
	 printf("队头元素是：%d\n",d);
	DeQueue(&q,&d);
	printf("删除了队头元素%d\n",d);
	i=GetHead(q,&d);
	if(i==OK)
		printf("新的队头元素是：%d\n",d);
	ClearQueue(&q);
	printf("清空队列后,q.front=%u q.rear=%u q.front->next=%u\n",q.front,q.rear,q.front->next);
	DestroyQueue(&q);
	printf("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n",q.front, q.rear);
	
	return 0;
}