纯c语言模拟栈和队列（初学必看）

一、栈(Stack)

1.栈的概念及其结构

栈是一种特殊的线性表，在栈这个结构里，越先存进去的数据越难取出来。

这个结构就像是一个只有一端有打开的容器，越先放进去的球越在底部，想要把底部的球拿出来，就必须先把前面的求拿出来。像这种”先进后出“的结构就是栈。

对于栈来说，我们只能在表尾进行插入或者删除，表

2.栈的功能

栈的基本操作主要有：栈的初始化、判空、判满、取栈顶元素、在栈顶进行插入和删除。在栈顶插入元素称为入栈，在栈顶删除元素称为出栈。

我们常用栈这种数据结构实现深度搜索。

由于栈的特性，我们只对栈顶进行取出元素或者是压入元素，所以我们在实现栈的时候需要用一个top指针来指向栈顶元素的地址或者是栈顶元素后面的地址。

3.c语言代码模拟（动态实现）

Stack.h文件：

这个文件用来声明功能函数以及栈结构体数据的定义。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
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);
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
//打印
void StackPrint(Stack* ps);
// 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 
int StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps);

Stack.c文件：

实现各种功能函数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps) {
	assert(ps);
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = 0;
}

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps) {
	assert(ps);
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = 0;
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data) {
	assert(ps);
	if (ps->_top == ps->_capacity) {
		STDataType* temp = NULL;
		int newcap = 0;
		if (ps->_capacity == 0) {
			newcap = 4;
		}
		else {
			newcap = ps->_capacity * 2;
		}
		temp = (STDataType*)realloc(ps->_a,sizeof(STDataType) * newcap);
		if (temp == NULL) {
			perror("mallc:fail");
		}
		ps->_a = temp;
		ps->_capacity = newcap;
	}

	ps->_a[ps->_top] = data;
	ps->_top++;
}

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps) {
	assert(ps&&ps->_top>0);
	--ps->_top;
	//return ps->_a[--ps->_top];
}

//打印
void StackPrint(Stack* ps) {
	assert(ps);
	printf("top=%d  cap=%d\n", ps->_top, ps->_capacity);
	for (int i = 0; i < ps->_top; i++) {
		printf("%d->", ps->_a[i]);
	}
	printf("\n");
}
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps) {
	assert(ps&&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 
int StackEmpty(Stack* ps) {
	assert(ps);
	return ps->_top == 0;
}

test.c文件：

测试栈的功能是否达到预期

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"

void test1() {
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	StackPrint(&st);
	printf("弹出栈顶元素\n");
	StackPop(&st);
	StackPrint(&st);
	int x =StackTop(&st);
	printf("获取栈顶元素 %d\n",x);
	StackPrint(&st);
	printf("获取栈里有效元素个数 %d\n", StackSize(&st));
	printf("栈是否为空%d\n", StackEmpty(&st));
	StackDestroy(&st);
}
int main() {
	test1();
	return 0;
}

二、队列（Queue）

1、队列的概念及其结构

只在一端进行删除操作(出队)，只在另一端进行添加操作（入队）--先进先出

这个结构就像是在模拟，越先排队的人越先“打到饭”。（理论上不允许插队）

看上去像不像排队打饭的你呢？

2.队列的功能

队列的最主要用途是异步任务和通信两个方面 异步的思路主要用来缓解瞬间压力、耗时操作、并行任务等。

队列的基本功能是入队、出队、获得队列元素个数、判断队列是否为空等操作。

在算法中我们常用队列来实现广度优先遍历

3.c语言代码模拟

Queue.h文件：

声明功能函数以及栈结构体数据的定义

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int QDataType;

// 链式结构：表示队列 
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);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q);
//打印队列信息
void QueuePrint(Queue* q);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素 
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，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);

Queue.c文件：

实现各种功能函数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"


// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q) {
	assert(q);
	q->_front = NULL;
	q->_rear = NULL;
}
//创造节点
QNode* CreatNode(QDataType x) {
	QNode* newnode =(QNode*) malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL) {
		perror("malloc:fail");
	}
	newnode->_next = NULL;
	newnode->_data = x;
	return newnode;
}

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data) {
	assert(q);
	QNode* newnode = CreatNode(data);
	if (q->_rear == NULL) {
		q->_front=q->_rear = newnode;
	}
	else {
		q->_rear->_next = newnode;
		q->_rear = newnode;
	}
}

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q) {
	assert(q&&q->_front!=NULL);
	QNode* head = q->_front;
	if (q->_front == q->_rear) {
		q->_front = q->_rear = NULL;
	}
	else {
		q->_front = q->_front->_next;
	}
	free(head);
	head = NULL;
}
//打印队列信息
void QueuePrint(Queue* q) {
	assert(q&&q->_rear!=NULL);
	QNode* cur = q->_front;
	printf("队头指向%d 队尾指向%d\n", q->_front->_data, q->_rear->_data);
	while (cur != NULL) {
		printf("%d->", cur->_data);
		cur = cur->_next;
	}
	printf("\n");
}
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q) {
	assert(q&&q->_front!=NULL);
	return q->_front->_data;
}

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q) {
	assert(q&&q->_rear!=NULL);
	return q->_rear->_data;
}

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q) {
	assert(q);
	int size_q = 0;
	QNode* cur = q->_front;
	while (cur) {
		size_q++;
		cur = cur->_next;
	}
	return size_q;
}

// 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 
int QueueEmpty(Queue* q) {
	assert(q);
	return q->_front == NULL;
}
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q) {
	assert(q&&q->_front!=NULL);
	QNode* cur = q->_front;
	while (cur) {
		QNode* temp = cur->_next;
		free(cur);
		cur = temp;
	}
	q->_front = q->_rear = NULL;
}

test.c文件：

测试队列功能

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"

void test1() {
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	QueuePrint(&q);
	printf("弹出队头元素\n");
	QueuePop(&q);
	QueuePrint(&q);

	printf("队列元素个数%d\n", QueueSize(&q));
	printf("队列队头元素%d 队尾元素%d\n", QueueFront(&q), QueueBack(&q));
	QueuePrint(&q);
	QueueDestroy(&q);
	printf("%p %p", q._front, q._rear);
}


int main() {
	test1();
	return 0;
}