数据结构栈和队列详解（C语言实现）

栈

栈的介绍

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。

总之要记住的栈的数据是先进后出，只能取栈顶的数据。

例如我们需要往栈里面入int a[5] = {1,2,3,4,5};



最终会是这样：

那我们怎么出栈呢？

我们只能从栈顶出数据，所以先出5，最后出1，所以栈是先进后出。

总体思想

我们只用处理栈的尾部数据，那我们用什么数据类型来存储呢？是线性表还是链表呢？通过栈的性质，我们要灵活运用栈的尾（即栈顶），所以不适合用链表来实现，因为链表尾删还需要找前一个节点非常麻烦，而我们用顺序表去实现是非常合适的。所以我们用顺序表去实现栈。

详解顺序表

代码实现

stack.h 头文件

#pragma once

#include
#include
#include
#include

typedef int STDataType;	


//动态栈
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top; //栈顶的位置
	int capacity;//容量
}ST;


//接口

void StackInit(ST* ps);//初始化

void StackDestroy(ST* ps);//摧毁

void StackPush(ST* ps, STDataType x);//压栈

void StackPop(ST* ps);//出栈

STDataType StackTop(ST* ps);

int StackSize(ST* ps);//栈的大小

bool StackEmpty(ST* ps);//判断栈是否为空	

stack.c 源文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"stack.h"


void StackInit(ST* ps)//初始化
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

void StackDestroy(ST* ps)//摧毁
{
	assert(ps);
	ps->top = ps->capacity = 0;
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
}

void StackPush(ST* ps, STDataType x)//压栈
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//增容
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType)* newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			ps->a = tmp;
			ps->capacity = newCapacity;
		}
	}
	ps->a[ps->top++] = x;
}

void StackPop(ST* ps)//出栈
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

STDataType StackTop(ST* ps)//取栈顶的数据
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

int StackSize(ST* ps)//栈的大小
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

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

队列

队列的介绍

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

总体思想

在队列的使用的过程中，我们只需要尾入头出，所以我们用链表去实现队列是非常合适的。因为链表的头删和尾删都是O(1),而且实现起来方法便，如果用顺序表的话头删是很复杂的，需要把后面的数全部覆盖到前一项。

代码实现

Queue.h头文件

#pragma once
#include
#include
#include
#include

//队列的性质：First in first out.先进先出

//出队口叫队头，入队口叫队尾
//用链式结构更优
//因为队列需要找尾进行入队，而链式结构找尾需要O(N)的时间复杂度
//所以我们可以直接定义一个尾指针指向队尾

typedef int QDataType;

//队列的一个节点
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QueueNode;


//真正的队列：
typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;//指向队头
	QueueNode* tail;//指向队尾
}Queue;

//为什么只传一级指针，因为我们改变的是一个结构体，里面的指针是结构体的内容
//所以传结构体的地址就能改变其中的指针的内容。
//谨记队列在外面是不能循环遍历的，除开自己写的代码实现，外面是不允许循环遍历的

void QueueInit(Queue* pq);//队列初始化

void QueueDestroy(Queue* pq);//摧毁队列

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

void QueuePop(Queue* pq);//出队

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

QDataType QueueBack(Queue* pq);//队尾数据

int QueueSize(Queue* pq);//队列数据个数

bool QueueEmpty(Queue* pq);//队列是否为空

Queue.c源文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)//队列初始化
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	//开始都为空
}

void QueueDestroy(Queue* pq)//摧毁队列
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)//入队
{
	assert(pq);

	//新开节点
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
	}

	//如果队列为空，头和尾相同
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}

	//不同，则将尾的下一个指向newnode，然后把newnode赋给tail
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

void QueuePop(Queue* pq)//出队
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	QueueNode* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)//队头数据
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)//队尾数据
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

int QueueSize(Queue* pq)//队列数据个数
{
	int size = 0;
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur != NULL)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)//队列是否为空
{
	assert(pq);
	if (pq->head == NULL)
	{
		return true;
	}
	return false;
}