栈和队列
- 一、栈
- 1.1栈的概念及结构
- 1.2栈的实现
- 二、队列
- 2.1队列的概念及结构
- 2.2队列的实现
一、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。进行数据插入和数据删除的一端称为栈顶，另一端称为栈顶。 栈中的数据元素遵循后进先出的原则，简称LIFO（Last In First Out）。
- 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。
示意图：
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比较小。
两者实现的连续区别：数组栈在空间上是连续的，而链表栈在空间上是不连续的，在逻辑上是连续的。当然不管栈用什么实现，基本上都离不开结构体
区别示意图：
数组栈：
链栈：
数组栈的增删查改实现，还是分为三大模块，stack.h用来包含头文件及一些给用户看的数据、stack.c程序员用来实现函数的具体内容、test.c测试数组栈
//stack.h
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
//此为静态栈的结构，实际中一般不实用
//typedef int STDataType;
//typedef struct Stack
//{
// STDataType a[N];
// int top;
//}Stack;
//支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType *a;
int top; //用来表示栈顶
int capacity;//用来表示容量
}Stack;
//初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
//出栈
void StackPop(Stack* ps);
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);
//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);
//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);
//销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);
//stack.c
#include "Stack.h"
//初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
ps->a = NULL;
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
ps->capacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
exit(-1);
}
ps->a = tmp;
}
ps->a[ps->top] = data;
ps->top++;
}
//出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps->top > 0);
ps->top--;
}
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(ps->top > 0);
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->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
//test.c
//这里是一些测试数据
#include "Stack.h"
#include "Queue.h"
void Stacktest()
{
Stack s;
Stack* st = &s;
StackInit(st);
StackPush(st, 1);
StackPush(st, 2);
StackPush(st, 3);
StackPush(st, 4);
StackPush(st, 5);
while (!StackEmpty(st))
{
printf("%d->", StackTop(st));
StackPop(st);
}
printf("\n");
StackDestroy(st);
}
int main()
{
Stacktest();
return 0;
}
测试结果：
二、队列
2.1队列的概念及结构
队列：只允许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性线性表，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成为队头
示意图：
2.2队列的实现
队列当然也可以用数组和链表的结构实现，使用链栈的结构实现要更优一些，因为链式结构在出队列的时候的效率要比数组高，链式结构只要用两个指针可以控制队头队尾，而数组结构在出队头数据的时候无法确定头，需要更多的变量来记录头，效率大大降低
示意图：
以上为图的形象表示，接下来，我们进行代码来实现此结构，一样分为三个部分，Queue.h,Queue.c,test.c
//Queue.h
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* next;
QDataType data;
}QNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front;
QNode* rear;
}Queue;
//初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
//队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
//对头出队列
void QueuePop(Queue* q);
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
//检测队列是否为空，如果为空返回真，如果非空返回假
bool QueueEmpty(Queue* q);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
//Queue.c
#include "Queue.h"
//初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
q->front = NULL;
q->rear = NULL;
}
//队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
assert(q);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
if (q->front == NULL)
{
q->rear = newnode;
q->rear->data = data;
q->front = q->rear;
q->rear->next = NULL;
}
else
{
q->rear->next = newnode;
q->rear = newnode;
q->rear->data = data;
q->rear->next = NULL;
}
}
//队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
assert(q->front);
QNode* pnext = q->front->next;
free(q->front);
q->front = pnext;
}
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(q->front);
return q->front->data;
}
//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(q->rear);
return q->rear->data;
}
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{
assert(q);
assert(q->front);
QNode* num = q->front;
int size = 0;
while (num)
{
size++;
num = num->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)
{
assert(q);
return q->front == NULL;
}
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
assert(q->front);
while (q->front)
{
QueuePop(q);
}
q->rear = NULL;
}
#include "Queue.h"
void Queuetest()
{
Queue queue;
Queue* q = &queue;
QueueInit(q);
QueuePush(q, 1);
QueuePush(q, 2);
QueuePush(q, 3);
QueuePush(q, 4);
QueuePush(q, 5);
while (!QueueEmpty(q))
{
printf("%d->", q->front->data);
QueuePop(q);
}
}
int main()
{
Queuetest();
return 0;
}
测试结果：
