数据结构——栈和队列

在这里插入图片描述

栈和队列的建立

  • 前言
  • 一、栈
    • 1.栈的概念
    • 2.栈的实现
    • 3.代码示例
      • （1）Stack.h
      • （2）Stack.c
      • （3）Test.c
      • （4）运行结果
      • （5）完整代码演示
  • 二、队列
    • 1.队列的概念
    • 2.队列的实现
    • 3.代码示例
      • （1）Queue.h
      • （2）Queue.c
      • （3）Test.c
      • （4）运行结果
      • （5）完整代码演示
  • 三、栈的应用例题
    • 方法一
    • 方法二
  • 总结

前言

今天我们来学习栈和队列的简易建立！
在后面还会有一道栈的应用题，检测大家的用功程度！
加油吧！

一、栈

1.栈的概念

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。

模型图示例：
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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。

图片示例：
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3.代码示例

（1）Stack.h

1.头文件的声明

//头文件的声明
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

2.栈的接口定义

//栈的接口定义
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

3.初始化和销毁函数的声明

//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);

4.入栈和出栈函数的声明

//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除
void STPop(ST* ps);

5.查找栈顶元素和长度计算函数以及判空函数的声明

//插入
//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//长度计算
int STSize(ST* ps);
//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

（2）Stack.c

1.头文件的声明

#include "Stack.h"

2.初始化和销毁函数的定义

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

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

3.入栈和出栈函数的定义

//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}

	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

//删除栈顶元素
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;
}

4.查找栈顶元素和长度计算函数以及判空函数的定义

//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

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

	return ps->top;
}

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

	return ps->top == 0;
}

（3）Test.c

1.头文件的声明

#include "Stack.h"

2.测试函数的定义

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");

	STPush(&st, 6);
	STPush(&st, 7);
	STPush(&st, 8);
	STPush(&st, 9);
	STPush(&st, 10);
	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}
	printf("\n");

	STDestroy(&st);
}

3.主函数的定义

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

（4）运行结果

在这里插入图片描述

（5）完整代码演示

1.Stack.h

#pragma once
//头文件的声明
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//栈的接口定义
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除
void STPop(ST* ps);
//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//长度计算
int STSize(ST* ps);
//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

2.Stack.c

#include "Stack.h"

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

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

//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}

	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

//删除栈顶元素
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;
}

//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

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

	return ps->top;
}

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

	return ps->top == 0;
}

3.Test.c

#include "Stack.h"

void TestStack1()
{
	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");

	STPush(&st, 6);
	STPush(&st, 7);
	STPush(&st, 8);
	STPush(&st, 9);
	STPush(&st, 10);
	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}
	printf("\n");

	STDestroy(&st);
}

int main()
{
	TestStack1();
	return 0;
}

二、队列

1.队列的概念

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

模型图示例：
在这里插入图片描述

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。

图片示例：
在这里插入图片描述

3.代码示例

（1）Queue.h

1.头文件的声明

#pragma once
//头文件的声明
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

2.队列接口的定义

//链表接口定义
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

//队列接口定义
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

3.初始化和销毁函数的声明

//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);

4.入队列和出队列函数的声明

//插入
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
//删除
void QueuePop(Que* pq);

5.查找队头、查找队尾函数的声明

//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq);
//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq);

6.判空以及长度计算函数的声明

//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq);
//计算长度
int QueueSize(Que* pq);

（2）Queue.c

1.头文件的声明

#include "Queue.h"

2.初始化和销毁函数的定义

void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

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

void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

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

3.入队列和出队列函数的定义

void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);//判断队列指针指向是否为空
	assert(!QueueEmpty(pq));//判断队列里面的数据是否为空

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

	pq->size--;
}

4.查找队头、查找队尾函数的定义

//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

5.判空以及长度计算函数的定义

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

	return pq->head == NULL;
}

//长度计算
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

（3）Test.c

1.头文件的声明

#include "Queue.h"

2.测试函数的定义

void QueueTest() {
	Que pq;
	QueueInit(&pq);
	QueuePush(&pq, 1);
	QueuePush(&pq, 2);
	QueuePush(&pq, 3);
	QueuePush(&pq, 4);
	QueuePush(&pq, 5);
	while (!QueueEmpty(&pq)) {
		printf("%d ", QueueFront(&pq));
		QueuePop(&pq);
	}
	QueueDestroy(&pq);
}

3.主函数的定义

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

（4）运行结果

在这里插入图片描述

（5）完整代码演示

1.Queue.h

#pragma once
//头文件的声明
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//链表接口定义
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

//队列接口定义
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);
//插入
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
//删除
void QueuePop(Que* pq);
//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq);
//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq);
//计算长度
int QueueSize(Que* pq);

2.Queue.c

#include "Queue.h"

void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

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

void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

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

void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);//判断队列指针指向是否为空
	assert(!QueueEmpty(pq));//判断队列里面的数据是否为空

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

	pq->size--;
}

//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

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

	return pq->head == NULL;
}

//长度计算
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

3.Test.c

#include "Queue.h"

void QueueTest() {
	Que pq;
	QueueInit(&pq);
	QueuePush(&pq, 1);
	QueuePush(&pq, 2);
	QueuePush(&pq, 3);
	QueuePush(&pq, 4);
	QueuePush(&pq, 5);
	while (!QueueEmpty(&pq)) {
		printf("%d ", QueueFront(&pq));
		QueuePop(&pq);
	}
	QueueDestroy(&pq);
}


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

三、栈的应用例题

题目：括号匹配问题
题目链接
在这里插入图片描述

提示：
. 1 <= s.length <= 104
. s 仅由括号 ‘()[]{}’ 组成

解题思路：
这道题我有两种解法！
建栈法和暴力破解法！

方法一

首先第一种就是利用栈来解决：
1.左括号，入栈；
2.右括号与栈中的栈顶括号进行匹配；

图例：
在这里插入图片描述
代码示例：

引用之前栈的建立函数：

//栈的接口定义
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除
void STPop(ST* ps);
//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//长度计算
int STSize(ST* ps);
//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

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

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

//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}

	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

//删除栈顶元素
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;
}

//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

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

	return ps->top;
}

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

	return ps->top == 0;
}

功能函数的定义

bool isValid(char* s) {
	ST st;
	STInit(&st);
	char topVal;

	while (*s ) {
		if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{') {
			STPush(&st, *s);
		}
		else {
			//数量不匹配
			if (STEmpty(&st))
			{
				STDestroy(&st);
				return false;
			}

			topVal = STTop(&st);
			STPop(&st);
			if ((*s == ']' && topVal != '[')|| (*s == ']' && topVal != '[')|| (*s == ']' && topVal != '[')) {
				STDestroy(&st);
				return false;
			}
		}
		++s;
	}
	bool ret = STEmpty(&st);
	STDestroy(&st);
	return ret;
}

方法二

第二种方法就是例子中如果不存在无效括号的话，那么至少有一个是左右括号相邻的；
所以先找到相邻且匹配的括号将其移除，然后慢慢一点一点全部都移除的话则说明全部括号有效！

图例
在这里插入图片描述

代码演示：

bool isValid(char* s) {
    char* p = s;
    while (*p) {
        p = s;
        while (*p) {
            if (*p + 1 == *(p + 1) || *p + 2 == *(p + 1)) {//查看assii码表了解符号的大小
                char* move = p;
                while (true) {
                    *move = *(move + 2);
                    if(*move=='\0')
                        break;
                    move++;
                }
                break;
            }
            else {
                p++;
            }
        }
        if (*p == '\0' && *s != '\0')
            return false;
    }
    return true;
}

总结

今天的内容有点多，希望大家仔细观看，细细揣摩！
好好学习，天天向上！
不变的真理！

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随着航空、航天、近地空间等多个遥感平台的不断发展&#xff0c;近年来遥感技术突飞猛进。由此&#xff0c;遥感数据的空间、时间、光谱分辨率不断提高&#xff0c;数据量也大幅增长&#xff0c;使其越来越具有大数据特征。对于相关研究而言&#xff0c;遥感大数据的出现为其提…
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[oneAPI] 使用Bert进行中文文本分类

[oneAPI] 使用Bert进行中文文本分类

[oneAPI] 使用Bert进行中文文本分类 Intel Optimization for PyTorch基于BERT的文本分类模型数据预处理数据集定义tokenize建立词表转换为Token序列padding处理与mask 模型 结果OneAPI参考资料 比赛&#xff1a;https://marketing.csdn.net/p/f3e44fbfe46c465f4d9d6c23e38e0517…
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el-table根据容器大小自适应滚动条-修改滚动条样式

el-table根据容器大小自适应滚动条-修改滚动条样式

需求&#xff1a;父容器里有多个容器为上下级&#xff0c;之后浏览器在缩放的时候&#xff0c;上面容器高度改变了&#xff0c;所以el-table被挤压&#xff0c;如果el-table设置的是固定的高度&#xff0c;那么挤压后内容超出父容器&#xff0c;本文章就是解决这个问题 不自适…
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2023年7月京东净水器行业品牌销售排行榜（京东数据分析软件）

2023年7月京东净水器行业品牌销售排行榜（京东数据分析软件）

伴随消费升级及健康生活理念的流行&#xff0c;消费者对饮水健康的关注度也逐步提高。加之经净水器处理的水在安全性、便捷性等方面的优势得到认可&#xff0c;净水器这一电器的市场占比也不断提高。在家电行业整体低迷的环境下&#xff0c;净水器的销量销额仍保持正向增长。 …
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阿里云2核4G服务器配置汇总表_轻量和ECS

阿里云2核4G服务器配置汇总表_轻量和ECS

阿里云2核4G服务器配置价格表&#xff0c;297元一年&#xff0c;配置为轻量应用服务器2核4G、4M带宽、60GB高效云盘&#xff0c;折合24元一个月。 目录 2核4G服务器轻量&#xff1a; 2核4G服务器ECS 关于轻量和ECS的区别&#xff1a; 2核4G服务器轻量&#xff1a; 云服务器…
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Docker碎碎念

Docker碎碎念

docker和虚拟机的区别 虚拟机&#xff08;VM&#xff09;是通过在物理硬件上运行一个完整的操作系统来实现的。 每个虚拟机都有自己的内核、设备驱动程序和用户空间&#xff0c;它们是相互独立且完全隔离的。 虚拟机可以在不同的物理服务器之间迁移&#xff0c;因为它们是以整…
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快速提高写作生产力——使用PicGo+Github搭建免费图床，并结合Typora

快速提高写作生产力——使用PicGo+Github搭建免费图床，并结合Typora

文章目录 简述PicGo下载PicGo获取Token配置PicGo结合Typora总结 简述PicGo PicGo: 一个用于快速上传图片并获取图片 URL 链接的工具 PicGo 本体支持如下图床&#xff1a; 七牛图床 v1.0腾讯云 COS v4\v5 版本 v1.1 & v1.5.0又拍云 v1.2.0GitHub v1.5.0SM.MS V2 v2.3.0-b…
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漏洞挖掘和安全审计的技巧与策略

漏洞挖掘和安全审计的技巧与策略

文章目录 漏洞挖掘&#xff1a;发现隐藏的弱点1. 源代码审计&#xff1a;2. 黑盒测试&#xff1a;3. 静态分析工具&#xff1a; 安全审计&#xff1a;系统的全面评估1. 渗透测试&#xff1a;2. 代码审计&#xff1a;3. 安全策略审查&#xff1a; 代码示例&#xff1a;SQL注入漏…
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TCP编程流程（补充）

TCP编程流程（补充）

目录 1、listen&#xff1a; 2、listen、tcp三次握手 3、 发送缓冲区和接收缓冲区&#xff1a; 4、tcp编程启用多线程 1、listen&#xff1a; 执行listen会创建一个监听队列 listen(sockfd,5) 2、listen、tcp三次握手 三次握手 3、 发送缓冲区和接收缓冲区&#xff1a;…
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Spring事务和事务传播机制（2）

Spring事务和事务传播机制（2）

前言&#x1f36d; ❤️❤️❤️SSM专栏更新中&#xff0c;各位大佬觉得写得不错&#xff0c;支持一下&#xff0c;感谢了&#xff01;❤️❤️❤️ Spring Spring MVC MyBatis_冷兮雪的博客-CSDN博客 在Spring框架中&#xff0c;事务管理是一种用于维护数据库操作的一致性和…
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Gitlab 安装全流程

Gitlab 安装全流程

Version&#xff1a;gitlab-ce:16.2.4-ce.0 简介 Gitlab 是一个开源的 Git 代码仓库系统&#xff0c;可以实现自托管的 Github 项目&#xff0c;即用于构建私有的代码托管平台和项目管理系统。系统基于 Ruby on Rails 开发&#xff0c;速度快、安全稳定。它拥有与 Github 类似…
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Java算法_ BST 中第 k 个最小元素 (LeetCode_Hot100)

Java算法_ BST 中第 k 个最小元素 (LeetCode_Hot100)

题目描述&#xff1a;给定一个二叉搜索树的根节点 &#xff0c;和一个整数 &#xff0c;请你设计一个算法查找其中第 个最小元素&#xff08;从 1 开始计数&#xff09;。 获得更多&#xff1f;算法思路:代码文档&#xff0c;算法解析的私得。 运行效果 完整代码 /*** 2 * Aut…
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