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栈的概念以及结构

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。

栈的结构

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。

知道了栈的概念以及结构，接下来我们来实现一下栈。

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。我们这里实现数组栈。

结构：

typedef int STDateType;typedef struct Stack
{STDateType* arr;int top;int capacity;
}Stack;

栈的接口

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x);// 出栈
void StackPop(Stack* ps);// 获取栈顶元素
STDateType 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);

各个接口的实现

有了顺序表的基础，栈与其相比就太简单了。大家直接看代码就知道了：

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDateType* pa = (STDateType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDateType));if (ps == NULL){perror("realloc fail");exit(-1);}ps->arr = pa;ps->capacity = newcapacity;}ps->arr[ps->top] = x;ps->top++;
}// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(ps ->top > 0);ps->top--;
}// 获取栈顶元素
STDateType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->arr[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
bool StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0 ? true : false;
}// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}

队列的概念和结构

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。

队列的结构

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。所以我们用链表来实现队列。

typedef int QDataType;typedef struct QNode
{QDataType date;struct QNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* head;//记录尾，方便入队QNode* tail;//记录队列里有效数据的个数int size;
}Queue;

队列的实现

队列的接口

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//出队列
void QueuePop(Queue* pq);//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);//获取队头尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);//获取队列中有效数据的个数
int QueueSize(Queue* pq);//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);//销毁队列
void QueuDestroy(Queue* pq);

接口的实现

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = NULL;pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->date = x;newnode->next = NULL;if (pq->head == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->size++;
}//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);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--;
}//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->head->date;
}//获取队头尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->tail->date;
}//获取队列中有效数据的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}//销毁队列
void QueuDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}
}

有效的括号

typedef char STDateType;typedef struct Stack
{STDateType* arr;int top;int capacity;
}Stack;
// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDateType* pa = (STDateType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDateType));if (ps == NULL){perror("realloc fail");exit(-1);}ps->arr = pa;ps->capacity = newcapacity;}ps->arr[ps->top] = x;ps->top++;
}// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(ps ->top > 0);ps->top--;
}// 获取栈顶元素
STDateType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->arr[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
bool StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0 ? true : false;
}// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}bool isValid(char * s)
{Stack st;StackInit(&st);char top = 0;while(*s){if(*s=='('||*s=='{'||*s=='['){StackPush(&st,*s);}else{//数量不匹配if(StackEmpty(&st)){StackDestroy(&st);return false;}else{top = StackTop(&st);StackPop(&st);//判断是否匹配if((top=='['&&*s!=']')||top=='('&&*s!=')'||top=='{'&&*s!='}'){StackDestroy(&st);return false;}}}*s++;}//判断数量是否匹配if(!StackEmpty(&st)){StackDestroy(&st);return false;}StackDestroy(&st);return true;
}