Lesson4--栈和队列

【本节目标】

1.栈
2.队列
3.栈和队列面试题

1.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 。

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。

// 下面是定长的静态栈的结构，实际中一般不实用，所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{
 STDataType _a[N];
 int _top; // 栈顶
}Stack;
// 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); 
// 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 
int StackEmpty(Stack* ps); 
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

*1.2.1具体代码

stack.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int	STDatatype;
struct stack
{
	STDatatype* arr;
	int top;
	int capacity;
};
typedef struct stack ST;

void STInit(ST* ps);//初始化
void STDestory(ST* ps);//销毁
void STPush(ST* ps, STDatatype x);//压栈
void STPop(ST* ps);//出栈；
STDatatype STTop(ST* ps);//栈顶的数
int STSize(ST* ps);//栈的大小
bool STEmpty(ST* ps);

stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack.h"
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->arr = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;

}

void STDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
void STPush(ST* ps, STDatatype x)
{
	assert(ps);
	//满了扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	 {
		int newcapacity;
		if (ps->capacity == 0)
		{                                                   
			newcapacity = 4;
		}
		else 
		{

			 newcapacity = 2 * ps->capacity;
			
		}
		STDatatype* temp = (STDatatype*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDatatype));
		if (temp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");
			return;
		}
		ps->arr = temp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}

 	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
	
	
}
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->top--;
}
STDatatype STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack.h"
int main()
{
	ST s;
	STInit(&s);
	STPush(&s, 1);
	STPush(&s, 2);
	STPush(&s, 3);
	STPush(&s, 4);
	STPush(&s, 5);
	while (!STEmpty(&s))
	{
		int top = STTop(&s);
		printf("%d ", top);
		STPop(&s);
	}

}

这个就是后进先出的意思

但是也不是绝对的

2.队列

2.1队列的概念及结构

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

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。

// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{ 
 struct QListNode* _pNext; 
 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); 
// 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);

*2.2.1队列具体代码的实现

queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QueueData;
struct QueueNode
{
	QueueData val;
	struct QueueNode* next;
};
typedef struct QueueNode QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Que;
void QueueInit(Que* pq);//队列初始化
void QueueDestroy(Que* pq);//队列销毁

void QueuePush(Que* pq,QueueData x);//入队列
void QueuePop(Que* pq);//出队列

QueueData QueueBack(Que* pq);
QueueData QueueFront(Que* pq);
bool QueueEmpty(Que* pq);
int QueueSize(Que* pq);

queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"queue.h"
void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
void QueueDestroy(Que* pq)
{
	QNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;	
}

void QueuePush(Que* pq,QueueData x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (Que*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->ptail)
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq->phead != NULL);

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

QueueData QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq!=NULL);

	assert(pq->phead != NULL);
	return pq->phead->val;
}
QueueData QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq!=NULL);

	assert(pq->ptail != NULL);
	return pq->ptail->val;
}
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	return pq->phead == NULL;
}
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;

}

注意看栈和队列是相对的

3.栈和队列面试题

1. 括号匹配问题。 20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

2. 用队列实现栈。 225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）

3. 用栈实现队列。 232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）

4. 设计循环队列。 622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode）

4.概念选择题

选择题

1. 一个栈的初始

次出栈，则元素出

栈的顺序是（

A 12345ABCDE

B EDCBA54321

C ABCDE12345

D 54321EDCBA

2. 若进栈序列为

A 1,4,3,2

B 2,3,4,1

C 3,1,4,2

D 3,4,2,1

3. 循环队列的存储空间为 Q(1:100) ，初始状态为 front=rear=100 。经过一系列正常的入队与退队操作

后， front=rear=99 ，则循环队列中的元素个数为（）

A 1

B 2

C 99

D 0 或者 100

4. 以下 ( ) 不是队列的基本运算？

A 从队尾插入一个新元素

B 从队列中删除第 i 个元素

C 判断一个队列是否为空

D 读取队头元素的值

5. 现有一循环队列，其队头指针为 front ，队尾指针为 rear ；循环队列长度为 N 。其队内有效长度为？ ( 假设

队头不存放数据 )

A (rear - front + N) % N + 1

B (rear - front + N) % N

C ear - front) % (N + 1)

D (rear - front + N) % (N - 1)