目录
- 1. 栈
- 1.1 栈的概念及结构
- 1.2 栈的实现
- 1.3 栈的功能
- 1.4 栈的功能的实现
- 1.5 完整代码
- 2. 队列
- 2.1 队列的概念及结构
- 2.2 队列的实现
- 2.3 队列的功能
- 2.4 队列的功能的实现
- 2.5 完整代码
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。因为数组在尾插和头删的实际复杂度为O(1),是非常合适的。
1.3 栈的功能
- 初始化栈
- 销毁栈
- 入栈
- 出栈
- 获取栈顶元素
- 获取栈内有效元素的个数
- 判断栈内是否为空,如果为空返回非0结果,不为空返回0
1.4 栈的功能的实现
(1)定义一个动态增长的栈
typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;STDataType top;//定义栈顶size_t capacity;//栈的容量
}ST;
(2)初始化栈
void StackInit(ST* ps)
{//初始化空间ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);if (ps->a == NULL){printf("malloc fail!\n");return;}ps->top = 0;ps->capacity = 4;//初始化4个空间
}
(3)销毁栈
void StackDestory(ST* ps)
{free(ps->a);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}
(4)入栈(相当于顺序表的尾插)
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{//插入数据之前判断是否增容if (ps->top == ps->capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * sizeof(STDataType) * 2);if (tmp == NULL){printf("realloc fail!\n");return;}else{ps->a = tmp;ps->capacity *= 2;}}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}
(5)出栈(相当于顺序表的头删)
void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);//断言,栈内为空则终止程序ps->top--;
}
(6)获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);//断言,栈内为空则终止程序assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}
(7)获取栈内有效元素的个数
int StackSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}
(8)判断栈内是否为空,如果为空返回非0结果,不为空返回0
bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}
1.5 完整代码
Stack.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;STDataType top;//定义栈顶size_t capacity;//栈的容量
}ST;//初始化栈
void StackInit(ST* ps);//销毁栈
void StackDestory(ST* ps);//从栈顶插入数据
void StackPush(ST* ps, STDataType x);//从栈顶删除数据
void StackPop(ST* ps);//获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps);//获取栈内有效元素个数
int StackSize(ST* ps);//判断栈内是否为空,如果为空返回非0结果,不为空返回0
bool StackEmpty(ST* ps);
Stack.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "Stack.h"void StackInit(ST* ps)
{//初始化空间ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);if (ps->a == NULL){printf("malloc fail!\n");return;}ps->top = 0;ps->capacity = 4;//初始化4个空间
}void StackDestory(ST* ps)
{free(ps->a);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{//插入数据之前判断是否增容if (ps->top == ps->capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * sizeof(STDataType) * 2);if (tmp == NULL){printf("realloc fail!\n");return;}else{ps->a = tmp;ps->capacity *= 2;}}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);//断言,栈内为空则终止程序ps->top--;
}STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);//断言,栈内为空则终止程序assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}int StackSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}
Test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "Stack.h"void StackTest()
{ST st;StackInit(&st);StackPush(&st, 1);StackPush(&st, 2);StackPush(&st, 3);StackPush(&st, 4);//打印栈内的数据,由于不能破坏栈的特性,所以不能遍历while (!StackEmpty(&st)){printf("%d ", StackTop(&st));StackPop(&st);}StackDestory(&st);
}int main()
{StackTest();return 0;
}
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,使用单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,这时需要挪动数据,时间复杂度为O(n),效率会比较低。
而单链表的尾插和头删的时间复杂度为O(1),十分合适。
2.3 队列的功能
- 初始化队列
- 销毁队列
- 入队列
- 出队列
- 获取队列头部元素
- 获取队列尾部元素
- 获取队列中有效元素的个数
- 判断队列是否为空,为空返回非0,不为空返回0
2.4 队列的功能的实现
(1)定义一个队列
typedef int QTDataType;typedef struct QNode
{struct QNode* next;QTDataType data;
}QNode;typedef struct Queue
{struct QNode* tail;struct QNode* head;
}Queue;
(2)初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;
}
(3)销毁队列
void QueueDestory(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){cur = cur->next;free(cur);}pq->head = pq->tail = NULL;
}
(4)入队列(相当于单链表的尾插)
void QueuePush(Queue* pq, QTDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QTDataType*)malloc(sizeof(QTDataType));if (newnode == NULL){printf("malloc fail!\n");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;//第一个结点if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}//多个节点else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}}
(5)出队列(相当于单链表的头删)
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);//只有一个节点if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{//保存下一个节点的地址QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}
}
(6)获取队列头部元素
QTDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->head->data;
}
(7)获取队列尾部元素
QTDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->tail->data;
}
(8)获取队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);int size = 0;QNode* cur = pq->head;while (cur){size++;cur = cur->next;}return size;
}
(9)判断队列是否为空,为空返回非0,不为空返回0
int QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}
2.5 完整代码
Queue.h
#pragma once#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>typedef int QTDataType;typedef struct QNode
{struct QNode* next;QTDataType data;
}QNode;typedef struct Queue
{struct QNode* tail;struct QNode* head;
}Queue;//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);//销毁队列
void QueueDestory(Queue* pq);//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QTDataType x);//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);//获取队列头部元素
QTDataType QueueFront(Queue* pq);//获取队列尾部元素
QTDataType QueueBack(Queue* pq);//判断队列是否为空,为空返回非0,不为空返回0
int QueueEmpty(Queue* pq);//获取队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);
Queue.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "Queue.h"void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;
}void QueueDestory(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){cur = cur->next;free(cur);}pq->head = pq->tail = NULL;
}void QueuePush(Queue* pq, QTDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QTDataType*)malloc(sizeof(QTDataType));if (newnode == NULL){printf("malloc fail!\n");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;//第一个结点if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}//多个节点else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}}void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);//只有一个节点if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{//保存下一个节点的地址QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}
}int QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}QTDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->head->data;
}QTDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->tail->data;
}int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);int size = 0;QNode* cur = pq->head;while (cur){size++;cur = cur->next;}return size;
}
Test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "Queue.h"void QueueTest()
{Queue q;QueueInit(&q);QueuePush(&st, 1);QueuePush(&st, 2);QueuePush(&st, 3);QueuePush(&st, 4);//打印队列内的数据,由于不能破坏队列的特性,所以不能遍历while (!QueueEmpty(&st)){printf("%d ", QueueFront(&st));QueuePop(&st);}QueueDestory(&q);}int main()
{QueueTest();return 0;
}