数据结构8：栈和队列实战详解

栈（Stack）和队列（Queue）是两种基本的数据结构，它们在计算机科学中有着广泛的应用。下面是它们的主要功能、应用范围以及C语言的简单实现代码。

一、栈（Stack）

主要功能：

• 栈是一种后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构。
• 它允许在一端（栈顶）进行数据的插入和删除操作。

应用范围：

• 函数调用的内存管理。
• 表达式求值，如算术表达式或逆波兰表达式。
• 回溯算法，如迷宫求解、八皇后问题。
• 括号匹配检查。

C语言实现代码示例：

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

#define MAX_SIZE 100

typedef struct {
    int data[MAX_SIZE];
    int top;
} Stack;

void InitializeStack(Stack *s) {
    s->top = -1;
}

int IsEmpty(Stack s) {
    return s.top == -1;
}

void Push(Stack *s, int x) {
    if (s->top < MAX_SIZE - 1) {
        s->top++;
        s->data[s->top] = x;
    }
}

int Pop(Stack *s) {
    if (!IsEmpty(*s)) {
        return s->data[s->top--];
    }
    return -1; // 错误代码，表示栈为空
}

int main() {
    Stack s;
    InitializeStack(&s);
    Push(&s, 10);
    Push(&s, 20);
    printf("Popped element: %d\n", Pop(&s));
    printf("Popped element: %d\n", Pop(&s));
    return 0;
}

二、队列（Queue）

主要功能：

• 队列是一种先进先出（First In First Out, FIFO）的数据结构。
• 它允许在一端（队尾）进行数据的插入操作，在另一端（队首）进行数据的删除操作。

应用范围：

• 任务调度，如打印机任务队列。
• 广度优先搜索（BFS）算法。
• 模拟现实世界中的排队行为，如超市结账。

C语言实现代码示例：

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

#define MAX_SIZE 100

typedef struct {
    int data[MAX_SIZE];
    int front;
    int rear;
} Queue;

void InitializeQueue(Queue *q) {
    q->front = 0;
    q->rear = 0;
}

int IsEmpty(Queue q) {
    return q.front == q.rear;
}

int IsFull(Queue q) {
    return (q.rear + 1) % MAX_SIZE == q.front;
}

void Enqueue(Queue *q, int x) {
    if (!IsFull(*q)) {
        q->data[q->rear] = x;
        q->rear = (q->rear + 1) % MAX_SIZE;
    }
}

int Dequeue(Queue *q) {
    if (!IsEmpty(*q)) {
        int x = q->data[q->front];
        q->front = (q->front + 1) % MAX_SIZE;
        return x;
    }
    return -1; // 错误代码，表示队列为空
}

int main() {
    Queue q;
    InitializeQueue(&q);
    Enqueue(&q, 10);
    Enqueue(&q, 20);
    printf("Dequeued element: %d\n", Dequeue(&q));
    printf("Dequeued element: %d\n", Dequeue(&q));
    return 0;
}