数据结构 ＜C语言实现＞ 栈和队列

1.栈

1.1栈的概念及结构

栈：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段称为栈顶，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

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。

1.2栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价更小。若是要使用链表，那么就得将表头作为栈顶，使用头插头删实现入栈出栈。

  

1.Stack.h

#pragma once

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

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;      //栈顶的位置
	int capacity; //容量
}ST;

//栈的初始化
void StackInit(ST* ps);
//栈的销毁
void StackDestory(ST* ps);
//入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void StackPop(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(ST* ps);
//栈的大小
int StackSize(ST* ps);
//栈顶的数据
STDataType StackTop(ST* ps);

2.Stack.c

1.2.1栈的初始化

//栈的初始化
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

1.2.2栈的销毁

//栈的销毁
void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

1.2.3入栈

//入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		size_t newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{	
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}

	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

1.2.4出栈

//出栈
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top> 0);

	--ps->top;
}

1.2.5判空

//判空
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

1.2.6栈的大小

//栈的大小
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

1.2.7栈顶元素

//栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->a[ps->top - 1];
}

2.队列

2.1队列的概念及结构

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out)的原则。

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。

2.2队列的实现

1.Queue.h

#pragma once

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

typedef int QDataType;

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

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

//队列初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//队列销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//队列大小
size_t QueueSize(Queue* pq);
//队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

2.Queue.c

2.2.1初始化

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

2.2.2销毁

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

2.2.3入队

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

    if (pq->tail == NULL)
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

2.2.4出队

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

    //判断否只剩一个数据，单独处理，防止pq->tail成为野指针
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}
	

2.2.5判空

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}

2.2.6队列大小

//队列大小
size_t QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

2.2.7队首队尾数据

//队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

//队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

栈：解决括号匹配；逆波兰表达式等等；递归改非递归…

队列：公平排队；广度优先遍历…