一、什么是数据结构
1、数据结构的起源
1968年，美国高德纳教授，《计算机程序设计的艺术》的第一卷《基本算法》的出版，开创了数据结构和算法的先河
数据结构是一门研究数据之间的关系和操作的学科，而非计算方法
数据结构+算法=程序 沃斯，凭借这个观点，获得了图灵奖，这句话展示了程序的本质
2、数据结构的基本概念
数据： 所有能输入到计算机中，能被程序处理的描述客观事物的符号 (变量、数组)
数据元素： 组成数据的，有一定意义的基本单位，也称为节点(结构体变量)
数据项： 有独立含义的数据的最小单位，也叫做域 (结构体成员项)
数据结构： 相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合
算法： 数据结构所具备的功能，解决特定的问题的方法
3、研究数据结构的三个方面
数据的逻辑关系
数据的存储关系
数据结构的运算
二、逻辑结构与存储结构
数据的逻辑结构：
集合： 数据元素之间同属于一个集体，但是元素之间没有任何关系
线性结构： 数据元素之间存在一对一关系 (表)
树型结构： 数据元素之间存在一对多关系
图型结构： 数据元素之间存在多对多关系
数据的存储结构：
顺序结构：
数据元素存储在连续的内存中，用数据元素的相对位置来表示关系
优点：支持随机访问，访问效率极高、适合查找数据、不易产生内存碎片
缺点：空间利用率低、对内存的要求比较高，插入、删除不方便
链式结构：
数据元素存储在彼此独立的内存空间中，每个独立的元素也叫做节点，每个元素之间增加一个数据项用于存储其它元素的地址，以此来表示元素之间的关系
优点：插入、删除方便、空间利用率高、适合增删数据
缺点：不支持随机访问，只能从前往后逐个访问，容易产生内存碎片
逻辑结构和存储结构的对应关系
线性表 顺序 链式
树 链式 顺序
图 顺序+链式
每种逻辑机构采用什么物理存储结构并没有明确规定，通常根据实现的难易程度、空间要求、时间的要求，综合选择最合适的物理存储结构
三、数据结构和运算
1、建立数据结构 create
2、销毁数据结构 destory
3、清空数据结构 clean
4、数据结构排序 sort
5、插入元素 insert
6、删除元素 delete
7、访问元素 access
8、修改元素 modify
9、查询元素 query
10、遍历数据结构 show print ergodic
四、顺序表和链式表的实现
顺序表：
数据项：
储存元素的内存首地址
表的容量
元素的数量
运算：
创建、销毁、清空、插入、删除、访问、修改、查询、排序、遍历
注意：
1、不要越界
2、要保持元素的连续性
优点：支持随机访问，修改、访问、查询、排序效率比较高、大块的连续内存不容易产生内存碎片
缺点：插入、删除元素时不方便、效率比较低，对内存的要求较高
顺序表
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define TYPE int
//设计顺序表结构
typedef struct Array
{
TYPE* ptr; //存储元素的内存首地址
size_t cal; //size_t无符号int类型，表的容量
size_t cnt; //已存储元素的数量
}Array;
// 创建
Array* create_array(size_t size)
{
// 分配顺序表结构内存
Array* arr = malloc(sizeof(Array));
// 分配存储元素的首地址
arr->ptr = malloc(sizeof(TYPE)*size);
// 记录容量
arr->cal = size;
// 初始化元素的数量
arr->cnt = 0;
return arr;
}
// 销毁
void destory_array(Array* arr);
{
free(arr->ptr);
free(arr);
}
// 清空
void clean_array(Array* arr);
{
arr->cnt = 0;
}
// 插入
bool insert_array(Array* arr,int index,TYPE val)
{
//先判断表是否已满
if(arr->cnt >= arr->cal) return false;//能省则省，不用写括号
//判断下标是否能让表中的数据保持连续性
if(index > arr->cnt) return false;
// 内存拷贝，向后移动数据
/*
for(int i=arr->cnt;i>index;i--)
{
arr->ptr[i] = arr->ptr[i-1];
}
*/
memmove(arr->ptr+index+1,arr->ptr+index,(arr->cnt-index)*sizeof(TYPE));
//void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);用->指向地址而不是遍历[i]，函数从src中复制n个字符到dest中，并返回dest指针。
arr->ptr[index] = val;
arr->cnt++;
return true;
}
// 删除
bool delete_array(Array* arr,int index)
{
if(index >= arr->cnt) return false;
memmove(arr->ptr+index,arr->ptr+index+1,(arr->cnt-index-1)*sizeof(TYPE));
arr->cnt--;
return true;
}
// 访问
bool access_array(Array* arr,int index,TYPE* val)
{
if(index >= arr->cnt) return false;
*val = arr->ptr[index];
return true;
}
// 修改
bool modify_array(Array* arr,int index,TYPE val)
{
if(index >= arr->cnt) return false;
arr->ptr[index] = val;
return true;
}
// 查询
int query_array(Array* arr,TYPE val)
{
for(int i=0;i<arr->cnt;i++)
{
if(val == arr->ptr[i]) return i;
}
return -1;
}
// 排序
void sort_array(Array* arr)
{
int var;
for(int i=0;i<arr->cnt-1;i++)
{
for(int j=i+1;j<arr->cnt;j++)
{
if(arr->ptr[j] < arr->ptr[i])
var = arr->ptr[j];
arr->ptr[j] = arr->ptr[i];
arr->ptr[i] = var;
}
}
}
// 遍历
void show_array(Array* arr)
{
for(int i=0;i<arr->cnt;i++)
{
printf("%d ",arr->ptr[i]);
}
printf("\n");
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
Array* arr = create_array(10);
for(int i=0;i<5;i++)
{
insert_array(arr,0,i+1);
}
show_array(arr);
//delete_array(arr,1);
TYPE num = 0;
//printf("%d\n",query_array(arr,6));
sort_array(arr);
show_array(arr);
}
链式表
节点的数据项：
数据域： 可以是各种类型的若干个数据项
指针域： 指向下一个节点
由若干个节点通过指针域来一对一地连接在一起形成链式表
不带头节点
：
第一个节点的数据域中存储的是有效的数据
当添加、删除节点时，又可以会修改了头节点的指针，参数就需要使用二级指针
删除时需要获取上一个节点的指针，而头节点没有上一个指针，因此需要额外处理
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计链表的节点
typedef struct Node
{
TYPE data; //节点的数据域
struct Node* next; //节点的指针域
}Node;
// 创建节点
Node* create_node(TYPE data)
{
// 分配节点的内存
Node* node = malloc(sizeof(Node));
// 初始化数据域 指针域
node->data = data;
node->next = NULL;
return node;
}
// 添加 头添加
void add_list(Node** head,TYPE data)
{
Node* node = create_node(data);
node->next = *head;
*head = node;
}
// 删除 按值删除
bool del_value_list(Node** head,TYPE data)
{
// 删除头
if((*head)->data == data)
{
Node* temp = *head;
*head = temp->next;
free(temp);
return true;
}
// 删除非头
for(Node* n=*head; NULL != n->next; n=n->next)
{
// 找到待删除节点的上一个节点
if(n->next->data == data)
{
// 备份待删除节点
Node* temp = n->next;
n->next = n->next->next;
free(temp);
return true;
}
}
return false;
}
// 按位置删除
bool del_index_list(Node** head,int index)
{
if(0 == index)
{
Node* temp = *head;
*head = temp->next;
free(temp);
return true;
}
Node* n = *head;
while(0 < --index)
{
n = n->next;
if(NULL == n->next) return false;
}
//n是待删除节点的上一个节点
Node* temp = n->next;
n->next = temp->next;
free(temp);
return true;
}
// 访问
bool access_list(Node* head,int index,TYPE* val)
{
Node* n = head;
for(int i=0; i<index; i++)
{
n = n->next;
if(NULL == n) ref(NULL == n->next) return false;turn false;
}
*val = n->data;
return true;
}
// 排序
void sort_list(Node* head)
{
for(Node* i = head; NULL != i->next; i=i->next)
{
for(Node* j=i->next; NULL != j; j=j->next)
{
if(j->data < i->data)
{
TYPE temp = i->data;
i->data = j->data;
j->data =temp;
}
}
}
}
// 遍历链表
void show_list(Node* head)
{
for(Node* n=head; NULL != n; n=n->next)
{
printf("%d ",n->data);
}
printf("\n");
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
Node* head = NULL;
for(int i=0; i<10; i++)
{
add_list(&head,i+1);
}
show_list(head);
// del_value_list(&head,8);
TYPE num = -10;
access_list(head,0,&num);
printf("num=%d\n",num);
sort_list(head);
show_list(head);
del_index_list(&head,9);
show_list(head);
/*理解链表的本质
Node* n1 = create_node(1);
Node* n2 = create_node(2);
Node* n3 = create_node(3);
Node* n4 = create_node(4);
Node* n5 = create_node(5);
n1->next = n2;
n2->next = n3;
n3->next = n4;
n4->next = n5;
for(Node* n=n1; NULL != n; n=n->next)
{
printf("%d ",n->data);
}
*/
}
带头节点
：
第一个节点不使用，仅仅是为了用它来指向第一个数据域有效的节点
进行插入、删除操作时会比不带头节点的链表要方便
注意：其它的操作要从第二个节点开始
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计链表的节点
typedef struct Node
{
TYPE data; //节点的数据域
struct Node* next; //节点的指针域
}Node;
// 创建节点
Node* create_node(TYPE data)
{
// 分配节点的内存
Node* node = malloc(sizeof(Node));
// 初始化数据域 指针域
node->data = data;
node->next = NULL;
return node;
}
// 头添加
void add_head_list(Node* head,TYPE val)
{
Node* node = create_node(val);
node->next = head->next;
head->next = node;
}
// 尾添加
void add_tail_list(Node* head,TYPE val)
{
Node* node = create_node(val);
// 找到最后一个节点
Node* n =head;
while(NULL != n->next) n=n->next;
// 最后一个节点指向新的节点
n->next = node;
}
// 按位置删除
bool del_index_list(Node* head,int index)
{
// 找到待删除节点的上一个节点
Node* n = head;
for(int i=0; i<index; i++)
{
n = n->next;
if(NULL == n->next) return false;
}
// 备份待删除节点
Node* temp = n->next;
n->next = temp->next;
free(temp);
return true;
}
// 按值删除
bool del_value_list(Node* head,TYPE val)
{
//n 是待删除节点的上一个节点
Node* n = head;
while(NULL != n->next)
{
if(val == n->next->data)
{
Node* temp = n->next;
n->next = temp->next;
free(temp);
return true;
}
n = n->next;
}
return false;
}
// 插入
bool insert_list(Node* head,int index,TYPE val)
{
Node* n = head;
for(int i=0; i<index; i++)
{
n = n->next;
if(NULL == n->next) return false;
}
// n是待插入节点的上一个节点
Node* node = create_node(val);
node->next = n->next;
n->next = node;
return true;
}
// 修改
bool modify_list(Node* head,TYPE old,TYPE new)
{
for(Node* n = head->next; NULL != n; n=n->next)
{
if(old == n->data)
{
n->data = new;
return true;
}
}
return false;
}
// 访问
bool access_list(Node* head,int index,TYPE* val)
{
// n是index下标位置的当前节点
Node* n = head->next;
for(int i=0; i<index; i++)
{
n = n->next;
if(NULL == n) return false;
}
*val = n->data;
return true;
}
// 排序
void sort_list(Node* head)
{
for(Node* i = head->next; NULL !=i->next; i=i->next)
{
for(Node* j=i->next; NULL != j; j=j->next)
{
if(i->data < j->data)
{
TYPE temp = i->data;
i->data = j->data;
j->data = temp;
}
}
}
}
// 查询
int query_list(Node* head,TYPE val)
{
Node* n = head->next;
for(int i=0; NULL != n; i++)
{
if(val == n->data) return i;
n = n->next;
}
return -1;
}
// 遍历
void show_list(Node* head)
{
for(Node* n = head->next; NULL != n; n=n->next)
{
printf("%d ",n->data);
}
printf("\n");
}
int main()
{
// 创建了带头节点的空链表
Node* head = create_node(0);
for(int i=0; i<10; i++)
{
add_tail_list(head,rand()%100);
}
show_list(head);
// del_value_list(head,100);
// insert_list(head,1,100);
modify_list(head,21,99);
int num = -100;
access_list(head,9,&num);
printf("num=%d\n",num);
sort_list(head);
printf("index=%d\n",query_list(head,92));
show_list(head);
}
数组和链表的区别、优缺点？
数组 一、数组的特点
1.在内存中，数组是一块连续的区域
2.数组需要预留空间在使用前需要提前申请所占内存的大小，这样不知道需要多大的空间，就预先申请可能会浪费内存空间，即数组空间利用率低
ps：数组的空间在编译阶段就需要进行确定，所以需要提前给出数组空间的大小（在运行阶段是不允许改变的）3.在数组起始位置处，插入数据和删除数据效率低。
插入数据时，待插入位置的的元素和它后面的所有元素都需要向后搬移 删除数据时，待删除位置后面的所有元素都需要向前搬移
4.随机访问效率很高
因为数组的内存是连续的，想要访问那个元素，直接从数组的首地址处向后偏移就可以访问到了
5.数组开辟的空间，在不够使用的时候需要扩容，扩容的话，就会涉及到需要把旧数组中的所有元素向新数组中搬移
6.数组的空间是从栈分配的二、数组的优点
随机访问性强，查找速度快三、数组的缺点
1.头插和头删的效率低，时间复杂度为O(N)
2.空间利用率不高
3.内存空间要求高，必须有足够的连续的内存空间
4.数组空间的大小固定，不能动态拓展链表 一、链表的特点
1.在内存中，元素的空间可以在任意地方，空间是分散的，不需要连续
2.链表中的元素都会两个属性，一个是元素的值，另一个是指针，此指针标记了下一个元素的地址每一个数据都会保存下一个数据的内存的地址，通过此地址可以找到下一个数据
3.查找数据时效率低,时间复杂度为O(N)
因为链表的空间是分散的，所以不具有随机访问性，如要需要访问某个位置的数据，需要从第一个数据开始找起，依次往后遍历，直到找到待查询的位置
4.空间不需要提前指定大小，是动态申请的，根据需求动态的申请和删除内存空间，扩展方便，故空间的利用率较高
5.任意位置插入元素和删除元素效率较高
6.链表的空间是从堆中分配的二、链表的优点
1.任意位置插入元素和删除元素的速度快
2.内存利用率高，不会浪费内存
3.链表的空间大小不固定，可以动态拓展
综上：对于想要快速访问数据，不经常有插入和删除元素的时候，选择数组
对于需要经常的插入和删除元素，而对访问元素时的效率没有很高要求的话，选择链表
———————————————— 版权声明：本文为优快云博主「dangzhangjing97」的原创文章，遵循CC 4.0
BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/dangzhangjing97/article/details/81699050
功能受限的表
： 对表结构加以限制，形成特殊的表结构
栈
：只有一个进出口，先进后出，FILO
顺序栈
：
数据项：
存储元素的内存首地址
栈的容量
栈顶位置
运算：
创建、销毁、入栈、出栈、栈满、栈空、栈顶
有四种顺序栈：
top: 初值： 0 入栈 top++ 空增栈
top：初值：-1 top++ 入栈 满增栈
top：初值：cal-1 入栈 top-- 空减栈
top：初值：cal top-- 入栈 满减栈
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计顺序栈结构
typedef struct ArrayStack
{
TYPE* ptr; // 存储元素的内存首地址
size_t cal; // 栈的容量
size_t top; // 栈顶位置 指向接下去要入栈的位置下标
}ArrayStack;
// 创建
ArrayStack* create_array_stack(size_t cal)
{
// 为顺序栈结构分配内存
ArrayStack* stack = malloc(sizeof(ArrayStack));
// 为存储元素分配内存
stack->ptr = malloc(cal*sizeof(TYPE));
// 初始化栈结构的容量
stack->cal = cal;
// 初始化栈顶位置
stack->top = 0;
return stack;
}
// 销毁
void destory_array_stack(ArrayStack* stack)
{
free(stack->ptr);
free(stack);
}
// 栈空
bool empty_array_stack(ArrayStack* stack)
{
return !stack->top;
}
// 栈满
bool full_array_stack(ArrayStack* stack)
{
return stack->top >= stack->cal;
}
// 入栈
bool push_array_stack(ArrayStack* stack,TYPE val)
{
if(full_array_stack(stack)) return false;
stack->ptr[stack->top++] = val;
return true;
}
// 出栈
bool pop_array_stack(ArrayStack* stack)
{
if(empty_array_stack(stack)) return false;
stack->top--;
return true;
}
// 察看栈顶
bool top_array_stack(ArrayStack* stack,TYPE* val)
{
if(empty_array_stack(stack)) return false;
*val = stack->ptr[stack->top-1];
return true;
}
bool is_pop_stack(int* a,int* b,size_t len)
{
//创建栈
ArrayStack* stack = create_array_stack(len);
//按a顺序入栈
for(int i=0,j=0; i<len; i++)
{
push_array_stack(stack,a[i]);
//按b顺序出栈
TYPE val = 0;
while(top_array_stack(stack,&val) && val == b[j])
{
pop_array_stack(stack);
j++;
}
}
bool flag = empty_array_stack(stack);
destory_array_stack(stack);
return flag;
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
int a[5] = {1,2,3,4,5};
int b[5] = {3,1,2,4,5};
printf("%s\n",is_pop_stack(a,b,5)?"是出栈顺序":"不是出栈顺序");
/*
ArrayStack* stack = create_array_stack(10);
TYPE top = 0;
for(int i=0; i<10; i++)
{
push_array_stack(stack,i+1);
top_array_stack(stack,&top) && printf("top:%d\n",top);
}
printf("---------------\n");
for(int i=0; i<10; i++)
{
top_array_stack(stack,&top) && printf("top:%d\n",top);
pop_array_stack(stack);
}
*/
}
链式栈
（链式栈不会栈满）
数据项：
栈顶节点
节点的数量
运算：
创建、销毁、入栈、出栈、栈空、栈顶
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计链式节点
typedef struct Node
{
TYPE data;
struct Node* next;
}Node;
// 创建节点
Node* create_node(TYPE data)
{
Node* node = malloc(sizeof(Node));
node->data = data;
node->next = NULL;
return node;
}
// 设计链式栈结构
typedef struct ListStack
{
Node* top; //指向栈顶节点
size_t cnt; //栈中的节点个数
}ListStack;
// 创建栈结构
ListStack* create_list_stack(void)
{
ListStack* stack = malloc(sizeof(ListStack));
stack->top = NULL;
stack->cnt = 0;
return stack;
}
// 栈空
bool empty_list_stack(ListStack* stack)
{
return NULL == stack->top;
}
// 入栈
void push_list_stack(ListStack* stack,TYPE val)
{
Node* node = create_node(val);
node->next = stack->top;
stack->top = node;
stack->cnt++;
}
// 出栈
bool pop_list_stack(ListStack* stack)
{
if(empty_list_stack(stack)) return false;
Node* temp = stack->top;
stack->top = temp->next;
free(temp);
stack->cnt--;
return true;
}
// 栈顶 通过判断栈非空确保栈中有数据，来访问栈顶，由调用者判断
TYPE top_list_stack(ListStack* stack)
{
return stack->top->data;
}
// 节点数 不应该在外面访问数据结构的成员(打破了封装性)
size_t size_list_stack(ListStack* stack)
{
return stack->cnt;
}
// 销毁
void destory_list_stack(ListStack* stack)
{
while(pop_list_stack(stack));
free(stack);
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
ListStack* stack = create_list_stack();
for(int i=0; i<10; i++)
{
push_list_stack(stack,i+1);
!empty_list_stack(stack) &&
printf("%d ",top_list_stack(stack));
printf("---------%d\n",size_list_stack(stack));
}
printf("==============\n");
for(int i=0; i<10; i++)
{
!empty_list_stack(stack) &&
printf("%d ",top_list_stack(stack));
printf("---------%d\n",size_list_stack(stack));
pop_list_stack(stack);
}
}
栈的应用：
1、函数的调用(栈内存)
2、生产者消费者模型，栈作为仓库
3、表达式的解析(中缀表达式转后缀表达式)
常见的面试笔试题：
某序列为入栈序列，判断正确的出栈序列(先进后出)
1 2 3 4 5
3 1 2 4 5 NO
练习：
实现一个函数，判断b序列是否是a序列的出栈顺序
int a[5] = {1,2,3,4,5};
int b[5] = {3,2,1,4,5};
is_pop_stack(a,b,5);
bool is_pop_stack(int* a,int* b,size_t len)
{
// 创建一个空栈
// 按a的顺序一个一个入栈
// a每入栈一个数据，按b顺序出栈
// 最后查看是否栈空，是则b是a的出栈顺序
}
问题：
两个顺序栈如何使用才能使空间利用率最大化？
队列
一个端口进，另一个端口出，先进先出 FIFO
队列是不能遍历的
顺序队列
数据项：
存储元素的内存首地址
容量
队头 出
队尾 入 即将入队的位置
运算：
创建、销毁、入队、出队、队空、队满、队头、队尾、元素数量
顺序队列是由一维数组+队头位置front+队尾位置rear组成，入队时rear+1,出队时front+1，为了让队列能够反复使用，我们要把一维数组想象成一个环，因此front、rear加1后都要对容量cal求余
front = (front+1)%cal
rear = (rear+1)%cal
如何判断队空：front == rear
如何判断队满：front == (rear+1)%cal
如此判断队满的方式的代价就是有一个空位置不能使用，或者可以添加一个数据项标记队列为空或者满
第一个版本常考，第二个版本只是为了实现方便，但是是非常规的
计算顺序队列中元素数量：
(rear-front+cal)%cal
第一个版本 一个空位置不能使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计顺序队列结构
typedef struct ArrayQueue
{
TYPE* ptr; //存储元素的首地址
size_t cal; //容量
size_t front; //队头
size_t rear; //队尾
}ArrayQueue;
// 创建 多申请一个元素位置来解决判断队满的问题
ArrayQueue* create_array_queue(size_t cal)
{
ArrayQueue* queue = malloc(sizeof(ArrayQueue));
queue->ptr = malloc((cal+1)*sizeof(TYPE));
queue->cal = cal+1;
queue->front = 0;
queue->rear = 0;
return queue;
}
// 销毁
void destory_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
free(queue->ptr);
free(queue);
}
// 队空
bool empty_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->front == queue->rear;
}
// 队满
bool full_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return (queue->rear+1)%queue->cal == queue->front;
}
// 入队
bool push_array_queue(ArrayQueue* queue,TYPE val)
{
if(full_array_queue(queue)) return false;
queue->ptr[queue->rear] = val;
queue->rear = (queue->rear+1)%queue->cal;
return true;
}
// 出队
bool pop_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
if(empty_array_queue(queue)) return false;
queue->front = (queue->front+1)%queue->cal;
return true;
}
// 队头
TYPE head_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->ptr[queue->front];
}
// 队尾
TYPE tail_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->ptr[(queue->rear-1+queue->cal)%queue->cal];
}
// 数量
size_t size_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return (queue->rear - queue->front + queue->cal)%queue->cal;
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
ArrayQueue* queue = create_array_queue(10);
for(int i=0; i<10; i++)
{
push_array_queue(queue,i);
printf("tail:%d ",tail_array_queue(queue));
printf("size:%d\n",size_array_queue(queue));
}
printf("---------------------\n");
while(!empty_array_queue(queue))
{
printf("head:%d ",head_array_queue(queue));
printf("size:%d\n",size_array_queue(queue));
pop_array_queue(queue);
}
}
第二个版本 加一个数据项用来标记空或满
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计顺序队列
typedef struct ArrayQueue
{
TYPE* ptr; // 内存首地址
size_t cal; // 队列容量
size_t cnt; // 元素个数
size_t front; // 队头
size_t rear; // 队尾
}ArrayQueue;
// 创建
ArrayQueue* create_array_queue(size_t cal)
{
ArrayQueue* queue = malloc(sizeof(ArrayQueue));
queue->ptr = malloc(sizeof(TYPE)*cal);
queue->cal = cal;
queue->cnt = 0;
queue->front = 0;
queue->rear = -1; //队尾指向最后一个元素的位置
}
// 销毁
void destory_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
free(queue->ptr);
free(queue);
}
// 队空
bool empty_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return 0 == queue->cnt;
}
// 队满
bool full_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->cal == queue->cnt;
}
// 入队
bool push_array_queue(ArrayQueue* queue,TYPE val)
{
if(full_array_queue(queue)) return false;
queue->rear = (queue->rear+1)%queue->cal;
queue->ptr[queue->rear] = val;
queue->cnt++;
return true;
}
// 出队
bool pop_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
if(empty_array_queue(queue)) return false;
queue->front = (queue->front+1)%queue->cal;
queue->cnt--;
return true;
}
// 队头
TYPE head_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->ptr[queue->front];
}
// 队尾
TYPE tail_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->ptr[queue->rear];
}
// 数量
size_t size_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
return queue->cnt;
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
ArrayQueue* queue = create_array_queue(10);
for(int i=0; i<10; i++)
{
push_array_queue(queue,i);
printf("tail: %d ",tail_array_queue(queue));
printf("cnt: %d\n",size_array_queue(queue));
}
printf("------------------\n");
while(!empty_array_queue(queue))
{
printf("head: %d ",head_array_queue(queue));
printf("cnt: %d\n",size_array_queue(queue));
pop_array_queue(queue);
}
}
链式队列：
由若干个节点组成的队列
数据项：
队头指针
队尾指针
节点数量
运算：
创建、销毁、队空、入队、出队、队头、队尾、数量
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计节点
typedef struct Node
{
TYPE data;
struct Node* next;
}Node;
// 创建节点
Node* create_node(TYPE val)
{
Node* node = malloc(sizeof(Node));
node->data = val;
node->next = NULL;
return node;
}
// 设计链式队列结构
typedef struct ListQueue
{
Node* head; // 指向队头节点的指针
Node* tail; // 指向队尾节点的指针
size_t size;// 节点个数
}ListQueue;
// 创建队列结构
ListQueue* create_list_queue(void)
{
ListQueue* queue = malloc(sizeof(ListQueue));
queue->head = NULL;
queue->tail = NULL;
queue->size = 0;
return queue;
}
// 队空
bool empty_list_queue(ListQueue* queue)
{
return !queue->size;
}
// 入队
void push_list_queue(ListQueue* queue,TYPE val)
{
Node* node = create_node(val);
if(empty_list_queue(queue))
{
queue->head = node;
queue->tail = node;
}
else
{
queue->tail->next = node;
queue->tail = node;
}
queue->size++;
}
// 出队
bool pop_list_queue(ListQueue* queue)
{
if(empty_list_queue(queue)) return false;
Node* temp = queue->head;
queue->head = temp->next;
queue->size--;
free(temp);
empty_list_queue(queue) && (queue->tail = NULL);//当为空时，尾指针指向空，避免野指针
return true;
}
// 队头
TYPE head_list_queue(ListQueue* queue)
{
return queue->head->data;
}
// 队尾
TYPE tail_list_queue(ListQueue* queue)
{
return queue->tail->data;
}
// 数量
size_t size_list_queue(ListQueue* queue)
{
return queue->size;
}
// 销毁
void destory_list_queue(ListQueue* queue)
{
while(pop_list_queue(queue));
free(queue);
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
ListQueue* queue = create_list_queue();
for(int i=0; i<20; i++)
{
push_list_queue(queue,i);
printf("tail:%d ",tail_list_queue(queue));
printf("size:%d\n",size_list_queue(queue));
}
printf("----------------\n");
while(!empty_list_queue(queue))
{
printf("head:%d ",head_list_queue(queue));
printf("size:%d\n",size_list_queue(queue));
pop_list_queue(queue);
}
destory_list_queue(queue);
}
队列的应用：
1、消息的排队
2、树的层序遍历
3、图的广度优先遍历
4、封装线程池、数据池
常见的队列笔试面试题
如何使用两个栈来模拟一个队列的功能
栈1不满，都可以入队
栈1满，栈2空，可以入队，前提是从栈1到栈2一个不留
栈2不空栈，栈1一定不能到栈2
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define TYPE int
// 设计顺序栈结构
typedef struct ArrayStack
{
TYPE* ptr; // 存储元素的内存首地址
size_t cal; // 栈的容量
size_t top; // 栈顶位置 指向接下去要入栈的位置下标
}ArrayStack;
// 创建
ArrayStack* create_array_stack(size_t cal)
{
// 为顺序栈结构分配内存
ArrayStack* stack = malloc(sizeof(ArrayStack));
// 为存储元素分配内存
stack->ptr = malloc(cal*sizeof(TYPE));
// 初始化栈结构的容量
stack->cal = cal;
// 初始化栈顶位置
stack->top = 0;
return stack;
}
// 销毁
void destory_array_stack(ArrayStack* stack)
{
free(stack->ptr);
free(stack);
}
// 栈空
bool empty_array_stack(ArrayStack* stack)
{
return !stack->top;
}
// 栈满
bool full_array_stack(ArrayStack* stack)
{
return stack->top >= stack->cal;
}
// 入栈
bool push_array_stack(ArrayStack* stack,TYPE val)
{
if(full_array_stack(stack)) return false;
stack->ptr[stack->top++] = val;
return true;
}
// 出栈
bool pop_array_stack(ArrayStack* stack)
{
if(empty_array_stack(stack)) return false;
stack->top--;
return true;
}
// 察看栈顶
bool top_array_stack(ArrayStack* stack,TYPE* val)
{
if(empty_array_stack(stack)) return false;
*val = stack->ptr[stack->top-1];
return true;
}
bool is_pop_stack(int* a,int* b,size_t len)
{
//创建栈
ArrayStack* stack = create_array_stack(len);
//按a顺序入栈
for(int i=0,j=0; i<len; i++)
{
push_array_stack(stack,a[i]);
//按b顺序出栈
TYPE val = 0;
while(top_array_stack(stack,&val) && val == b[j])
{
pop_array_stack(stack);
j++;
}
}
bool flag = empty_array_stack(stack);
destory_array_stack(stack);
return flag;
}
// 使用两个栈来模拟队列
// 设计队列
typedef struct Queue
{
ArrayStack* s1;
ArrayStack* s2;
}Queue;
// 创建队列
Queue* create_queue(size_t cal)
{
Queue* queue = malloc(sizeof(Queue));
queue->s1 = create_array_stack(cal);
queue->s2 = create_array_stack(cal);
return queue;
}
// 销毁队列
void destory_queue(Queue* queue);
// 队空
bool empty_queue(Queue* queue)
{
return empty_array_stack(queue->s1) && empty_array_stack(queue->s2);
}
// 队满
bool full_queue(Queue* queue)
{
return full_array_stack(queue->s1) && full_array_stack(queue->s2);
}
// 入队
bool push_queue(Queue* queue,TYPE val)
{
if(full_array_stack(queue->s1))
{
// 栈1满，而栈2非空，则无法入队
if(!empty_array_stack(queue->s2)) return false;
// 栈1满，但栈2空，可以入队
while(!empty_array_stack(queue->s1))
{
// 把栈1一个不留地入到栈2中
TYPE top;
top_array_stack(queue->s1,&top);
push_array_stack(queue->s2,top);
pop_array_stack(queue->s1);
}
}
push_array_stack(queue->s1,val);
//测试队尾
TYPE top;
top_array_stack(queue->s1,&top);
printf("tail:%d\n",top);
//
return true;
}
// 出队
bool pop_queue(Queue* queue)
{
if(empty_array_stack(queue->s2))
{
if(empty_array_stack(queue->s1)) return false;
//把栈1入到栈2中
while(!empty_array_stack(queue->s1))
{
TYPE top = 0;
top_array_stack(queue->s1,&top);
push_array_stack(queue->s2,top);
pop_array_stack(queue->s1);
}
}
//测试队头
TYPE top = 0;
top_array_stack(queue->s2,&top);
printf("head:%d\n",top);
//
pop_array_stack(queue->s2);
return true;
}
int main(int argc,const char* argv[])
{
Queue* queue = create_queue(10);
for(int i=0; i<10; i++)
{
push_queue(queue,i);
}
printf("-------------\n");
while(!empty_queue(queue))
{
pop_queue(queue);
}
}
复习：
1、什么是数据结构
是专门研究数据之间关系和操作的学科，而非计算方法
数据结构+算法=程序
2、逻辑结构和物理结构
逻辑结构：
集合： 除了同属于一个集合外，数据之间没有任何关系
表： 数据之间存在一对一的关系
树： 数据之间存在一对多的关系
图： 数据之间存在多对多的关系
物理结构：
顺序结构：数据存储在连续的内存中，使用数据的相对位置来表示数据之间的关系
链式结构：数据分散存储在内存中的任何位置，数据项有一块指针域用来表示数据之间的关系
逻辑结构和物理结构的对应关系：
表： 顺序 链式
树： 链式 顺序
图： 顺序+链式
3、数据结构和运算
创建、销毁、清空、添加、删除、查询、修改、排序、访问、遍历
4、表结构
顺序表： 数组
链式表： 链表
常见的面试题： 数组和链表的区别、优缺点？
5、功能受限的表结构
栈： 只有一个出入口，先进后出，FILO
有四种顺序栈：
top:初值： 0 入栈 top++ 空增栈
top：初值：-1 top++ 入栈 满增栈
top：初值：cal-1 入栈 top-- 空减栈
top：初值：cal top-- 入栈 满减栈
队列： 有两个出入口，一个只能进，一个只能出，先进先出
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
