【数据结构】——栈和队列的实现（赋源码）

用户11286421

发布于 2024-09-23 20:03:41

900

发布于 2024-09-23 20:03:41

文章被收录于专栏：学习

在前面我们已经学过顺序表以及单链表、双向表链的实现都是一种线性表，这里可以我们介绍栈和队列——是具有特殊化的线性表

栈

栈的概念以及结构

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。

下面我们来用一幅图来表示栈的进栈以及出栈的详细情况

看到这幅图，很多人会想到用数组来实现，因为数组就是在尾部进行插入

将这幅图旋转其实就有一些类似于栈这一种数据结构

本质上，栈的实现可以通过底层数组来实现，不过其也可以通过单链表来实现

不过，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。

栈的底层定义（代码）

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* arr;
	int capacity;
	int top;
}ST;

// 初始化栈
void STInit(ST* ps);

// ⼊栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);

//出栈
void STPop(ST* ps);

//栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

//取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);

//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);

// 销毁栈
void STDestroy(ST* ps);

栈的相关底层函数和顺序表的实现基本上是一样滴！！！

栈的初始化

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

入栈

void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType *tmp = (STDataType* )realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");
			exit(1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	//空间足够
	ps->arr[ps->top++] = x;
}

出栈

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	--ps->top;
}

判断栈是否为空

//栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

取栈顶元素

STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	return ps->arr[ps->top - 1];
}

获取栈的有效个数

int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

销毁栈

void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->arr)
	{
		free(ps->arr);
	}
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

队列

队列的概念以及结构

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

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。

队列的底层定义（代码）

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

 typedef struct Queue
{
	struct QueueNode* phead;
	struct QueueNode* ptail;
	int size;//保持队列有效数据个数
}Queue;

 //初始化队列
 void QueueInit(Queue* pq);

 // ⼊队列，队尾
 void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

 //队列判空
 bool QueueEmpty(Queue* pq);

 // 出队列，队头
 void QueuePop(Queue* pq);

 //取队头数据
 QDataType QueueFront(Queue* pq);

 //取队尾数据
 QDataType QueueBack(Queue* pq);

 //队列有效元素个数
 int QueueSize(Queue* pq);

 //销毁队列
 void QueueDestroy(Queue* pq);

队列的初始化

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

判断队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
}

入队列——即队尾

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	//申请新节点
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//ptail newnode
	if (pq->phead == NULL)
	{//队列为空
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		//队列不为空
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;//newnode
	}
	pq->size++;
}

出队列——即对头

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	//只有一个结点的情况，避免ptail变成野指针
	if (pq->ptail == pq->phead)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		//删除队头元素
		QueueNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	--pq->size;
}

取对头数据

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->phead->data;
}

取队尾数据

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->ptail->data;
}

队列有效元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	/*int size = 0;
	QueueNode* pcur = pq->phead;

	while (pcur)
	{
		size++;
		pcur = pcur->next;
	}

	return size;*/

	return pq->size;
}

销毁队列

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

以上就是栈和队列的实现——感谢各位的喜欢!

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2024-09-06，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

数组