栈和队列
- 一、栈
- 1.1栈的概念及结构
- 1.2栈的实现
- 二、队列
- 2.1队列的概念及结构
- 2.2队列的实现
一、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。进行数据插入和数据删除的一端称为栈顶，另一端称为栈顶。 栈中的数据元素遵循后进先出的原则，简称LIFO（Last In First Out）。
- 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。
示意图：
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。
两者实现的连续区别：数组栈在空间上是连续的，而链表栈在空间上是不连续的，在逻辑上是连续的。当然不管栈用什么实现，基本上都离不开结构体
区别示意图：
数组栈：
链栈：
数组栈的增删查改实现，还是分为三大模块，stack.h用来包含头文件及一些给用户看的数据、stack.c程序员用来实现函数的具体内容、test.c测试数组栈
//stack.h
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>//此为静态栈的结构，实际中一般不实用
//typedef int STDataType;
//typedef struct Stack
//{
// STDataType a[N];
// int top;
//}Stack;//支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType *a;int top; //用来表示栈顶int capacity;//用来表示容量
}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
bool StackEmpty(Stack* ps);//销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);
//stack.c
#include "Stack.h"//初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){ps->capacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");exit(-1);}ps->a = tmp;}ps->a[ps->top] = data;ps->top++;
}//出栈
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps->top > 0);ps->top--;
}//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{assert(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
bool StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}//销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}
//test.c
//这里是一些测试数据
#include "Stack.h"
#include "Queue.h"void Stacktest()
{Stack s;Stack* st = &s;StackInit(st);StackPush(st, 1);StackPush(st, 2);StackPush(st, 3);StackPush(st, 4);StackPush(st, 5);while (!StackEmpty(st)){printf("%d->", StackTop(st));StackPop(st);}printf("\n");StackDestroy(st);
}
int main()
{Stacktest();return 0;
}
测试结果：
二、队列
2.1队列的概念及结构
队列：只允许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性线性表，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成为队头
示意图：
2.2队列的实现
队列当然也可以用数组和链表的结构实现，使用链栈的结构实现要更优一些，因为链式结构在出队列的时候的效率要比数组高，链式结构只要用两个指针可以控制队头队尾，而数组结构在出队头数据的时候无法确定头，需要更多的变量来记录头，效率大大降低
示意图：
以上为图的形象表示，接下来，我们进行代码来实现此结构，一样分为三个部分，Queue.h,Queue.c,test.c
//Queue.h
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>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);//对头出队列
void QueuePop(Queue* q);//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);//获取队尾元素
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，如果为空返回真，如果非空返回假
bool QueueEmpty(Queue* q);//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
//Queue.c
#include "Queue.h"//初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{q->front = NULL;q->rear = NULL;
}//队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{assert(q);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}if (q->front == NULL){q->rear = newnode;q->rear->data = data;q->front = q->rear;q->rear->next = NULL;}else{q->rear->next = newnode;q->rear = newnode;q->rear->data = data;q->rear->next = NULL;}}//队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);assert(q->front);QNode* pnext = q->front->next;free(q->front);q->front = pnext;
}//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{assert(q);assert(q->front);return q->front->data;
}//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{assert(q);assert(q->rear);return q->rear->data;
}//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{assert(q);assert(q->front);QNode* num = q->front;int size = 0;while (num){size++;num = num->next;}return size;
}//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
bool QueueEmpty(Queue* q)
{assert(q);return q->front == NULL;
}//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{assert(q);assert(q->front);while (q->front){QueuePop(q);}q->rear = NULL;
}
#include "Queue.h"void Queuetest()
{Queue queue;Queue* q = &queue;QueueInit(q);QueuePush(q, 1);QueuePush(q, 2);QueuePush(q, 3);QueuePush(q, 4);QueuePush(q, 5);while (!QueueEmpty(q)){printf("%d->", q->front->data);QueuePop(q);}
}int main()
{Queuetest();return 0;
}
测试结果：
