［数据结构］栈和队列

栈

栈的概念和结构

栈：栈是一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据的插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底栈中的元素遵循后进先出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。

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比较小。

// 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)
{
	assert(ps);

	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = 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] = data;
	ps->top++;
}

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

	ps->top--;
}

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

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

// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

// 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 
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

队列

队列的概念和结构

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

队列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，需要挪动数据，效率会比较低。

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

// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

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

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;

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

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	QueueNode* next = q->head->next;
	free(q->head);
	q->head = next;
	if (q->head == NULL)
	{
		q->tail = NULL;
	}
}

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	
	return q->head->data;
}

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));

	return q->tail->data;
}

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));

	int size = 0;
	QueueNode* cur = q->head;
	while (cur != NULL)
	{
		++size;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

// 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 
bool QueueEmpty(Queue* q)
{
	return q->head == NULL;
}

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QueueNode* cur = q->head;
	QueueNode* next = q->head->next;
	while (cur != NULL)
	{
		free(cur);
		cur = next;
	}
}