数据结构——栈和队列

目录

一、栈

1.栈的概念及结构栈

2.栈的实现

二、队列

1.队列的概念及结构队列

2.队列的实现

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一、栈

1.栈的概念及结构栈

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。不同于我们所说的栈区，栈是一种数据结构，栈区是操作系统的内容。

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的原则。

压栈：栈的插入操作叫做入栈，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。

相当于只能尾插尾删的顺序表

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。

这里只需要完全使用顺序表的增删查改的操作函数即可，包括：顺序表的初始化，扩容，尾插，尾删，判空，元素个数等，但是注意栈中的元素被使用后会立刻出栈。

stack.h

#define TYPE int
typedef struct stackzone
{
    TYPE* arr;
    int volume;
    int top;//top是栈顶的元素编号，相当于size（不是下标）
}stack;


//初始化栈
void initstack(stack* p);

//扩容
void enlarge(stack* p);

//栈只能尾插数据，插入数据
void stackpush(stack* p, TYPE x);

//栈也只能尾删数据，删除数据
void stackpop(stack* p);

//找到栈顶的元素
TYPE stacktop(stack* p);

//判断栈是否为空
bool stackempty(stack* p);

//判断栈中元素的多少
int stacksize(stack* p);

 stack.c

#include"stack.h"




//初始化
void InitSeqlist(SList* p)
{
	assert(p);
	p->size = 0;
	p->volume = 0;
	p->SL = NULL;
}



//销毁
void destory(SList* p)
{
	assert(p);
	free(p->SL);
	p->size = 0;
	p->volume = 0;
	p->SL = NULL;
}



//扩容
void enlarge(SList* p)
{
	if (p->size == p->volume)//容量与数据量相同扩容，每次扩容当前二倍大小的空间
	{
		assert(p);
		int newvolume = (p->volume == 0 ? 4 : 2 * p->volume);
		//定义一个变量保存新容量的大小，容量为0扩容4个，不为0扩容二倍
		TYPE* p1 = (TYPE*)realloc(p->SL, newvolume*sizeof(TYPE));
		//容量为0时，malloc与realloc效果相同
		if (p1 == NULL)
		{
			perror("realloc");
			return;
		}
		p->SL = p1;
		p->volume = newvolume;
	}
}





void Seqlist_back_push(SList* p, TYPE a)
{
	assert(p);
	enlarge(p);//函数负责在适当时负责扩容
	*((p->SL) + (p->size)) = a;//此时size正好是应插入位置的下标
	p->size++;//size 自增
}





void Seqlist_front_push(SList* p, TYPE a)
{
	assert(p);
	enlarge(p);//函数负责在适当时负责扩容
	int i = p->size;
	while (i >= 0)
	{
		p->SL[i] = p->SL[i - 1];//顺序表的头插需要将所有数据从后向前后挪一位
		i--;
	}
	*(p->SL) = a;//插入数据
	p->size++;//自增
}



void Seqlist_back_pop(SList* p)
{
	assert(p);
	p->size--;//只需要减少有效数据的个数，自减即可
}





void Seqlist_front_pop(SList* p)
{
	assert(p);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < p->size - 1; i++)
	{
		p->SL[i] = p->SL[i + 1];//把每一个数据从前向后挪一位
	}
	p->size--;
}





void print(SList* p)
{
	assert(p);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < p->size; i++)
	{
		printf("%d ", p->SL[i]);
	}
	printf("\n");
}





int Seqlist_search_element(SList* p, TYPE a)
{
	assert(p);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < p->size; i++)
	{
		if (p->SL[i] == a)
		{
			return i;//找到了返回下标
		}
	}
	return -1;//找不到返回-1
}






void Seqlist_modify_element(SList* p, size_t pos, TYPE b)
{
	p->SL[pos] = b;//改变某个下标对应的数据
}





//顺序表在pos位置插入a
void Seqlist_insert_element(SList* p, int pos, TYPE a)//包括pos从后向前后挪一位再赋值
{
	assert(p);
	assert(pos < (p->size));
	enlarge(p);
	int i = pos;
	for (i = pos; i < p->size; i++)
	{
		p->SL[i + 1] = p->SL[i];
	}
	p->SL[pos] = a;
	p->size++;
}



//顺序表删除pos位置的值
void Seqlist_delete_element(SList* p, int pos)
{
	int i = 0;
	for (i = pos; i < p->size - 1;i++)
	{
		p->SL[i] = p->SL[i + 1];//从前向后覆盖pos后的数据
	}
	p->size--;//自减
}

test.c

#include"stack.h"


void test()
{
stack s;
stack* p = &s;
initstack(p);

stackpush(p, 1);
stackpush(p, 2);
stackpush(p, 3);
stackpush(p, 4);
printf("%d\n",stacktop(p));//使用
stackpop(p);//出栈
printf("%d\n", stacktop(p));//使用
stackpop(p);//出栈
//栈在使用后就会删除
stackpop(p);
stackpop(p);
printf("%d\n",stacksize(p));

        stackdestory(p);

}




int main()
{
test();
return 0;
}

二、队列

1.队列的概念及结构队列

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，队列中数据具有先进先出入的性质。

就像排队一样，有一群人在银行柜台前排队，有的办完业务离开了，就相当于出队列；又有的人在后面加入排队，相当于入队列，一头进一头出。

入队列：进行插入操作的一端称为队尾，将数据尾插即为入队列。

出队列：进行删除操作的一端称为队头，在队头删除数据即为出队列。

2.队列的实现

队列的实现队列可以数组或链表的结构实现，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。

 这里只需要完全使用链表的增删查改的操作函数即可，包括：顺序表的初始化，尾插，头删，判空，元素个数等

queue.h

#include
#include
#include
#include



#define TYPE int



typedef struct QueueStructre
{
    int size;
    struct queueNode* front;
    struct queueNode* back;
}queue;



typedef struct queueNode
{
    TYPE data;
    struct queueNode* next;
}Node;



//初始化队列
void initqueue(queue* p);

//初始化
void initqueue(queue* p);

//初始化
void initqueue(queue* p);

//队列只能尾插
void queuepush(queue* p, TYPE x);

//队列只能头删
void queuepop(queue* p);

//销毁
void destory(queue* p);

//判断是否为空
bool QueueEmpty(queue* p);

//计算元素个数
int QueueSize(queue* p); 

//找首元素
TYPE queuefront(queue* p);

//找尾元素
TYPE queueback(queue* p);

 queue.c

#include"queue.h"


//初始化队列
void initqueue(queue* p)
{
	p->size = 0;
	p->front = NULL;
	p->back = NULL;
}



//队列只能尾插
void queuepush(queue* p, TYPE x)
{
	Node* newcode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	if (newcode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newcode->data = x;
	newcode->next = NULL;
	if (QueueEmpty(p))
	{
		p->front = newcode;
		p->back = newcode;
	}
	else
	{
		p->back->next = newcode;
		p->back = newcode;
	}
	p->size++;
}



//队列只能头删
void queuepop(queue* p)
{
	if (QueueEmpty(p))
	{
		return;
	}
	else
	{
		Node* n1 = p->front;
		Node* n2 = n1->next;
		p->front = n2;
		free(n1);
		p->size--;
	}
}



//销毁
void destory(queue* p)
{
	Node* cur = p->front;
	while (cur)
	{
		Node* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	p->front = NULL;
	p->back = NULL;
	p->size = 0;
}



//判断是否为空
bool QueueEmpty(queue* p)
{
	return (p->size == 0);
}



//计算元素个数
int QueueSize(queue* p)
{
	return p->size;
}



//找首元素
TYPE queuefront(queue* p)
{
	return p->front->data;
}



//找尾元素
TYPE queueback(queue* p)
{
	return p->back->data;
}

test.c

#include"queue.h"


void test1()
{
    queue s;
    queue* p = &s;
    initqueue(p);
    queuepush(p,1);
    queuepush(p,2);
    queuepush(p,3);
    printf("%d\n", queuefront(p));
    printf("%d\n", queueback(p));
    printf("%d\n", QueueSize(p));
    queuepop(p);
    queuepush(p, 4);
    printf("%d\n", queuefront(p));
    printf("%d\n", queueback(p));
    destory(p);
}


int main()
{
    test1();
    return 0;
}

除此之外，还有一个特殊的循环队列，讲解如下：循环队列的实现_聪明的骑士的博客-CSDN博客