栈

栈是一种常见的数据结构,main函数就是在栈区上开辟的,包括变量,函数的形参等都是在栈区上开辟空间的。栈有什么特点呢?

栈的特点就是后进先出

先进入栈的压入栈底,后入的在栈顶,而出元素只能从栈顶开始往外出,所以后入的b先出来,先入的a后出来
再举个例子:
例如按顺序输入1234的每一位,这里我们有递归来写
如下图:
我们想要正序打印1234

1.打印 123的每一位和1234的最后一位(n = 1234)
2.打印 12的每一位和123的最后一位(n = 123)
3.打印 1的每一位和12的最后一位(n = 12)
4.打印1(n = 1)
由于在函数里面递归调用需要开辟函数栈帧,就相当于再重新开辟一块空间来实现我们调用的函数,就相当于与往栈顶在压入一个元素,直要n > 9就继续调用直到n <= 9,此时直接打印1,然后把打印1这个出栈,继续执行上一次函数的语句,就是打印2,依次直到栈内没有为止

栈的实现

栈基本功能有:

压栈,出栈,栈元素个数,栈是否为空,栈顶元素

这里我们使用数组来实现

这里我们需要定义结构体,这里我们数组就定义为动态的,那么肯定需要扩容所以我们还有设置容量以及top,这里跟顺序表的定义一样的。

栈的初始化

无非就是malloc数组空间,同时给容量。

压栈

压栈我们需要考虑的是栈的空间是否满了?如果满了就要扩容,如何判断满了?
注意我们这里的每次压栈top都要加加,所以top如果top此时和capacity相等了就相当于满了,此时就要扩容

出栈

出栈就很简单了,直接top–就可以了

获取栈顶元素

由于这里我们的top指向的是元素的下一个位置,所以我们只需要返回top–指向的元素就可了,但是我们也得保证此时top是大于0的,不然–就直接-1了

获取栈内有效元素个数

直接返回top就可以了

检查是否为空

如果栈是空的话,那么此时top一定为0

销毁栈

由于栈使我们malloc出来的,我们应该释放一下

栈的使用

栈可不能跟数组一样直接就用了,我们需要判断栈是否为空,如果不是空我们打印栈顶元素,同时把栈顶元素出栈继续访问下一个元素,直到栈为空为止。

栈全部代码

stack.h
#pragma once

//所需库函数
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>




// 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);


//stack.c
#include "stack.h"
// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	ps->_top = 0;
	ps->_capacity = 4;
	ps->_a = (int*)malloc(sizeof(STDataType) * ps->_capacity);
	if (ps->_a == NULL)
	{
		printf("malloc fail!\n");
		exit(-1);
	}

}

void check_capacity(Stack* ps)
{
	if (ps->_capacity == ps->_top)
	{
		STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(ps->_a, sizeof(STDataType) * (ps->_capacity * 2));
		if (ptr == NULL)
		{
			printf("realloc fail!\n");
			exit(-1);
		}
		ps->_capacity *= 2;
		ps->_a = ptr;
	}
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	check_capacity(ps);
	ps->_a[ps->_top++] = data;
}

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps && ps->_top > 0);
	ps->_top--;
}
// 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)
{
	return ps->_top == 0;
}
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = ps->_top = 0;
}

队列的初始化

一开始直接给两个指针初始化为NULL

队尾入队列

队尾入元素需要判断一下队列是否为空,如果为空就直接复制,不为空的话 ,直接尾插,这里我们直接让rear去移动,队头不变,这样的话从队头出也方便了。

只要入队了一个元素,我们就让rear移动到下一个位置

队头出队列

队头出元素,只需要判断一下队头是否为空就可以了,同时如果只有一个元素的话,当我们把front释放掉之后一定要记得把rear也置为空,不然此时rear就是一个野指针

获取队列头部元素

获取队列队尾元素

获取队列中有效元素个数

直接从头开始遍历,这里不需要判断等与rear,因为rear的下一个也是NULL，所以直接遍历判断是否为NULL就可以了,最后返回元素个数

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

销毁队列

由于每一个节点都是malloc出来的,所以我们要挨个释放掉

队列的使用

同栈一样,需要按照特定的方式来使用

队列全部代码

Queue.h

#pragma once

//所需库函数
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>


// 链式结构：表示队列 
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);
// 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);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "Queue.h"

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
	q->_front = q->_rear = NULL;
}
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	newNode->_data = data;
	newNode->_next = NULL;

	if (q->_rear == NULL)
	{
		q->_front = q->_rear = newNode;
	}
	else
	{
		q->_rear->_next = newNode;
		q->_rear = q->_rear->_next;
	}
}
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q && q->_front);
	QNode* next = q->_front->_next;
	free(q->_front);
	q->_front = next;

	if (q->_front == NULL)
		q->_rear = NULL;
}
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q && q->_front);
	return q->_front->_data;
}
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q && q->_rear);
	return q->_rear->_data;
}
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->_front;
	int cnt = 0;
	while (cur)
	{
		cnt++;
		cur = cur->_next;
	}
	return cnt;
}
// 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->_rear == NULL;
}
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->_front;
	while (cur && cur->_next)
	{
		QNode* next = cur->_next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	q->_front = q->_rear = NULL;
}