栈和队列

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#开发语言 #c语言 #数据结构

栈

栈的概念和结构

        栈：一种特殊的线性表，只允许数据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。栈中的数据元素遵循后进先出LIFO(Last In First Out)原则。

        压栈：栈的插入操作叫做进栈，入数据在栈顶

        出栈：栈的删除叫做出栈，出数据也在栈顶

栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现。因为栈的插入在栈顶，所以相对通过数组实现尾插更优。

//Stack.h 头文件
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;      //使用数组来模拟栈
	int top;            //记录栈内元素个数
	int capacity;       //记录栈总空间
}ST;

//栈的初始化
void STInit(ST* ps);

//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps);

//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);

//出栈
void STPop(ST* ps);

//返回栈顶的元素
STDataType STTop(ST* ps);

//返回当前栈内元素个数
int STSize(ST* ps);

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

//Stack.c
#include"Stack.h"

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp= (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(int) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("STPush::realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;
}

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	
	return ps->a[ps->top-1];
}


int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

队列

队列的概念和结构

        队列：只允许在一段进行插入操作，在另一端进行数据的删除操作的线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out)原则。

        入队列：从队尾进行插入操作

        出队列：从队头进行删除操作

队列的实现

队列的实现一般可以使用数组或者链表实现。但是因为队列需要在头部进行出队列，数组的效率可能较低，所以可以采用链表来实现。

//Queue.h 头文件
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int QDataType;


typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;    //通过链表实现队列
	QDataType data;
}QNode;

//在传入参数时，需要同时获取头结点和尾结点
//这里通过结构保存head和tail结点 传入结构的指针来获取
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);

//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);

//队列尾部插入数据
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);

//队列头部删除数据
void QueuePop(Que* pq);

//获取队列头部数据
QDataType QueueFront(Que* pq);

//获取队列尾部数据
QDataType QueueBack(Que* pq);

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq);

//返回队列元素个数
int QueueSize(Que* pq);

//Queue.c
#include "Queue.h"

void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("QueuePush::malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

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

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

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

bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->tail == NULL;
}

int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}