【数据结构初阶】栈和队列

栈和队列

- 1.栈
- - 1.1栈的概念和结构
  - 1.2栈的实现
- 2.队列
- - 2.1队列的概念和结构
  - 2.2队列的实现

1.栈

1.1栈的概念和结构

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端称为栈顶，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。
在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述

Stack.h

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

typedef int STDateType;
typedef struct Stack
{
	STDateType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

//初始化
void STInit(ST* ps);

//销毁
void STDestroy(ST* ps);

//入栈
void STPush(ST* ps, STDateType x);

//出栈
void STPop(ST* ps);

//栈顶
STDateType SLTTop(ST* ps);

//计算大小
int STSize(ST* ps);

//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

Stack.c

#include"Stack.h"

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

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

//入栈
void STPush(ST* ps, STDateType x)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int NewCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDateType* tmp = (STDateType*)realloc(ps->a, sizeof(STDateType) * NewCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = NewCapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

//出栈
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->a > 0);

	--ps->top;
}

//栈顶
STDateType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->a > 0);

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

//计算
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == NULL;
}

test.c

#include"Stack.h"

void TestStack()
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	STPush(&st, 5);
	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}
	printf("\n");

	STDestroy(&st);
}

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

2.队列

2.1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
在这里插入图片描述

2.2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，效率会比较低。
在这里插入图片描述

Queue.h

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;
void QueueInit(Que* pq);
void QueueDestroy(Que* pq);
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
void QueuePop(Que* pq);
QDataType QueueFront(Que* pq);
QDataType QueueBack(Que* pq);
bool QueueEmpty(Que* pq);
int QueueSize(Que* pq);

Queue.c

#include"Queue.h"

//初始化
void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = cur->next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//入队
void QueuePush(Que* pq, QDateType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->date = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//出队
void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}

//队头
QDateType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->date;
}

//队尾
QDateType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty);

	return pq->tail->date;
}

//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

//计算
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}