【数据结构】栈和队列

YoungMLet

发布于 2024-03-01 10:27:06

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发布于 2024-03-01 10:27:06

文章被收录于专栏：C++/Linux

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。

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。以下用数组实现栈，我们实现基本的功能，如初始化，进栈，出栈，获取栈顶的元素等等，下面参考具体的实现功能：

（1）函数的声明

		#pragma once
		#include <stdlib.h>
		#include <stdbool.h>
		#include <assert.h>
		#include <stdio.h>
		
		//栈---用顺序表实现
		
		typedef int STDataType;
		typedef struct Stack
		{
			STDataType* stack;
			int top;
			int capacity;
		}ST;
		
		//初始化栈
		void STInit(ST* pst);
		
		//判断是否为空栈
		bool STIsEmpty(ST* pst);
		
		//进栈
		void STPushTop(ST* pst,STDataType x);
		
		//出栈
		void STPopTop(ST* pst);
		
		//获取栈顶的元素
		STDataType STTop(ST* pst);
		
		//销毁栈
		void STDestroy(ST* pst);
		
		//查看栈的长度
		int STSize(ST* pst);

（2）函数的实现

		//初始化
		void STInit(ST* pst)
		{
			assert(pst);
		
			pst->stack = NULL;
			pst->top = 0;
			pst->capacity = 0;
		}
		
		//判断是否为空栈
		bool STIsEmpty(ST* pst)
		{
			return pst->top == 0;
		}
		
		//进栈
		void STPushTop(ST* pst, STDataType x)
		{
			assert(pst);
		
			//检查容量
			if (pst->top == pst->capacity)
			{
				int len = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
				STDataType* newstack = (STDataType*)realloc(pst->stack,sizeof(ST) * len);
				assert(newstack);
		
				pst->capacity = len;
				pst->stack = newstack;
			}
			
			pst->stack[pst->top] = x;
			pst->top++;
		}
		
		//出栈
		void STPopTop(ST* pst)
		{
			assert(pst);
			assert(!STIsEmpty(pst));
		
			pst->top--;
		}
		
		//获取栈顶的元素
		STDataType STTop(ST* pst)
		{
			assert(pst);
			assert(!STIsEmpty(pst));
		
			return pst->stack[pst->top - 1];
		}
		
		//销毁栈
		void STDestroy(ST* pst)
		{
			assert(pst);
		
			free(pst->stack);
			pst->stack = NULL;
			pst->capacity = pst->top = 0;
		}
		
		//查看栈的长度
		int STSize(ST* pst)
		{
			assert(pst);
		
			return pst->top;
		}

（3）测试栈的实现

		void TestStack()
		{
			ST st;
			STInit(&st);
		
			STPushTop(&st, 1);
			STPushTop(&st, 2);
			STPushTop(&st, 3);
			STPushTop(&st, 4);
		
			STPopTop(&st);
		
			//查看出栈顺序
			while (!STIsEmpty(&st))
			{
				printf("%d ", STTop(&st));
				STPopTop(&st);
			}
		
			STDestroy(&st);
		}
		
		int main()
		{
			//测试栈
			TestStack();
		
			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。

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。以下用链表实现队列，同样地实现基本的功能，如初始化，入队，出队，获取队头的元素等等，下面参考具体的实现功能：

（1）函数的声明

		//队列---用单链表实现
		
		typedef int QDataType;
		
		//每个节点的结构体
		typedef struct QueueNode
		{
			struct QueueNode* next;
			QDataType data;
		}QNode;
		
		//队列的结构体
		typedef struct Queue
		{
			QNode* phead;
			QNode* ptail;
			QDataType size;
		}Queue;
		
		//初始化队列
		void QueueInit(Queue* pq);
		
		//入队
		void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
		
		//出队
		void QueuePop(Queue* pq);
		
		
		//获取队头的元素
		QDataType QueueFront(Queue* pq);
		
		//获取队尾的元素
		QDataType QueueBack(Queue* pq);
		
		//判断队列是否为空
		bool QIsEmpty(Queue* pq);
		
		//获取队列的长度
		int Qsize(Queue* pq);
		
		//释放队列
		void QueueDestroy(Queue* pq);

（2）函数的实现

		//初始化队列
		void QueueInit(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
		
			pq->phead = NULL;
			pq->ptail = NULL;
			pq->size = 0;
		}
		
		
		//入队
		void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
		{
			assert(pq);
		
			//新节点
			QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
			assert(newnode);
			newnode->data = x;
			newnode->next = NULL;
		
			//队列为空
			if (pq->ptail == NULL)
			{
				assert(pq->phead == NULL);
		
				pq->phead = pq->ptail = newnode;
			}
		
			//队列不为空
			else
			{
				pq->ptail->next = newnode;
				pq->ptail = newnode;
			}
			pq->size++;
		}
		
		
		//出队
		void QueuePop(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
			assert(!QIsEmpty(pq));
		
			//一个节点
			if (pq->phead->next == NULL)
			{
				free(pq->phead);
				pq->phead = pq->ptail = NULL;
			}
		
			//多个节点
			else
			{
				//头删
				QNode* next = pq->phead->next;
				free(pq->phead);
				pq->phead = next;
			}
		
			pq->size--;
		}
		
		
		
		//获取队头
		QDataType QueueFront(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
			assert(!QIsEmpty(pq));
		
			return pq->phead->data;
		}
		
		//获取队尾
		QDataType QueueBack(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
			assert(!QIsEmpty(pq));
		
			return pq->ptail->data;
		}
		
		
		//判断队列是否为空
		bool QIsEmpty(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
		
			return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
		}
		
		//获取队列的长度
		int Qsize(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
		
			return pq->size;
		}
		
		
		
		
		//释放队列
		void QueueDestroy(Queue* pq)
		{
			assert(pq);
		
			QNode* cur = pq->phead;
			while (cur)
			{
				QNode* next = cur->next;
				free(cur);
		
				cur = next;
			}
			pq->phead = pq->ptail = NULL;
			pq->size = 0;
		}

（3）测试队列的实现

		void TestQueue()
		{
			Queue q;
		
			QueueInit(&q);
		
			QueuePush(&q, 1);
			QueuePush(&q, 2);
			QueuePush(&q, 3);
			QueuePush(&q, 4);
		
			//查看队列
			while (!QIsEmpty(&q))
			{
				printf("%d ", QueueFront(&q));
				QueuePop(&q);
			}
			printf("\n");
		
			QueueDestroy(&q);
		}
		
		int main()
		{
			//测试队列
			TestQueue();
		
			return 0;
		}

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原始发表：2024-01-03，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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