【重拾C语言】六、批量数据组织（四）线性表—栈和队列

Qomolangma

发布于 2024-07-30 08:50:25

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发布于 2024-07-30 08:50:25

文章被收录于专栏：C语言深度学习

前言

本文介绍了C语言使用数组实现栈和队列，及其相关操作

六、批量数据组织——数组

6.8 线性表—栈和队列

栈（Stack）和队列（Queue）是常用的线性数据结构。在C语言中，可以使用数组或链表来实现栈和队列。

6.8.1 栈（Stack）

栈是一种后进先出（Last-In-First-Out，LIFO）的数据结构。
使用数组实现栈时，可以使用一个整数变量来表示栈顶指针（top），指向栈顶元素的位置。
初始化栈时，将栈顶指针设置为-1，表示栈为空。
入栈操作（Push）将元素添加到栈顶，栈顶指针加1。
出栈操作（Pop）从栈顶移除元素，栈顶指针减1。
可以使用数组来存储栈的元素。

全局变量

#define MAX_SIZE 100

int stack[MAX_SIZE];
int top = -1;

定义了一个常量 MAX_SIZE，它表示栈的最大容量。
声明了一个整型数组 stack，用于存储栈中的元素。
声明了一个整型变量 top，用于表示栈顶的索引，默认值为 -1，表示栈为空。

`isEmpty()`

检查栈是否为空。如果栈为空，返回值为 1，否则返回值为 0。

int isEmpty() {
    return top == -1;
}

`isFull()`

检查栈是否已满。如果栈已满，返回值为 1，否则返回值为 0。

int isFull() {
    return top == MAX_SIZE - 1;
}

`push()`

将元素压入栈中。首先检查栈是否已满，如果已满则打印提示信息并返回，否则将 data 压入栈顶，然后将 top 值加 1。

void push(int data) {
    if (isFull()) {
        printf("Stack is full. Cannot push element.\n");
        return;
    }
    stack[++top] = data;
}

`pop()`

从栈中弹出并返回栈顶元素。首先检查栈是否为空，如果为空则打印提示信息并返回 -1，否则将栈顶元素返回，然后将 top 值减 1。

int pop() {
    if (isEmpty()) {
        printf("Stack is empty. Cannot pop element.\n");
        return -1;
    }
    return stack[top--];
}

测试

#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 100

int stack[MAX_SIZE];
int top = -1;

int isEmpty() {
    return top == -1;
}

int isFull() {
    return top == MAX_SIZE - 1;
}

void push(int data) {
    if (isFull()) {
        printf("Stack is full. Cannot push element.\n");
        return;
    }
    stack[++top] = data;
}

int pop() {
    if (isEmpty()) {
        printf("Stack is empty. Cannot pop element.\n");
        return -1;
    }
    return stack[top--];
}

int main() {
    push(10);
    push(20);
    push(30);

    printf("Popped element: %d\n", pop());
    printf("Popped element: %d\n", pop());

    return 0;
}

调用 push(10) 将元素 10 压入栈中。
调用 push(20) 将元素 20 压入栈中。
调用 push(30) 将元素 30 压入栈中。
调用 pop() 弹出栈顶元素，并将其打印出来。
再次调用 pop() 弹出栈顶元素，并将其打印出来。

6.8.2 队列（Queue）

队列是一种先进先出（First-In-First-Out，FIFO）的数据结构。
使用数组实现队列时，需要两个整数变量来表示队列的头部指针（front）和尾部指针（rear）。
初始化队列时，将头部指针和尾部指针都设置为-1，表示队列为空。
入队操作（Enqueue）将元素添加到队列尾部，尾部指针加1。
出队操作（Dequeue）从队列头部移除元素，头部指针加1。

全局变量

#define MAX_SIZE 100

int queue[MAX_SIZE];
int front = -1;
int rear = -1;

定义了一个常量 MAX_SIZE，它表示队列的最大容量。
声明了一个整型数组 queue，用于存储队列中的元素。
声明了两个整型变量 front 和 rear，分别表示队列的前端和后端的索引，默认值均为 -1，表示队列为空。

`isEmpty()`

检查队列是否为空。如果队列为空，返回值为 1，否则返回值为 0。

int isEmpty() {
    return front == -1;
}

`isFull()`

检查队列是否已满。如果队列已满，返回值为 1，否则返回值为 0。

int isFull() {
    return (rear + 1) % MAX_SIZE == front;
}

`enqueue()`

将元素入队。首先检查队列是否已满，如果已满则打印提示信息并返回，否则根据队列的循环性质更新 rear 的值，并将 data 存储到相应位置。

void enqueue(int data) {
    if (isFull()) {
        printf("Queue is full. Cannot enqueue element.\n");
        return;
    }
    if (isEmpty()) {
        front = 0;
    }
    rear = (rear + 1) % MAX_SIZE;
    queue[rear] = data;
}

`dequeue()`

用于从队列中出队并返回队首元素。首先检查队列是否为空，如果为空则打印提示信息并返回 -1，否则取出队首元素并根据队列的循环性质更新 front 和 rear 的值。

int dequeue() {
    if (isEmpty()) {
        printf("Queue is empty. Cannot dequeue element.\n");
        return -1;
    }
    int data = queue[front];
    if (front == rear) {
        front = -1;
        rear = -1;
    } else {
        front = (front + 1) % MAX_SIZE;
    }
    return data;
}

测试

#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 100

int queue[MAX_SIZE];
int front = -1;
int rear = -1;

int isEmpty() {
    return front == -1;
}

int isFull() {
    return (rear + 1) % MAX_SIZE == front;
}

void enqueue(int data) {
    if (isFull()) {
        printf("Queue is full. Cannot enqueue element.\n");
        return;
    }
    if (isEmpty()) {
        front = 0;
    }
    rear = (rear + 1) % MAX_SIZE;
    queue[rear] = data;
}

int dequeue() {
    if (isEmpty()) {
        printf("Queue is empty. Cannot dequeue element.\n");
        return -1;
    }
    int data = queue[front];
    if (front == rear) {
        front = -1;
        rear = -1;
    } else {
        front = (front + 1) % MAX_SIZE;
    }
    return data;
}

int main() {
    enqueue(10);
    enqueue(20);
    enqueue(30);

    printf("Dequeued element: %d\n", dequeue());
    printf("Dequeued element: %d\n", dequeue());

    return 0;
}