【数据结构】栈和队列

栈的概念

• 栈是一种特殊的线性表，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。

栈的特点

• 栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。
• 压栈（动作）：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。
• 出栈（动作）：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。

 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。因为链表实现的栈在出栈时需要确定新的尾结点，存在极大的不便性；而数组由于其特点‘下标’的存在，使得数组在尾上插入删除数据时的代价比较小。

考虑到后期与STL能够比较容易接轨，故选择以下函数实现功能以及函数命名方式：

#include
#include
#include
#include

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
    STDataType* a;
    int top;               // 栈顶位置
    int capacity;          // 容量
}Stack;

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType x);

// 出栈
void StackPop(Stack* ps);

// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);

// 检测栈是否为空
int StackEmpty(Stack* ps);

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

栈相关函数功能具体实现

#include"Stack.h"

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

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		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");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top++] = x;
}

// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
}

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

// 检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

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

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。

队列的特点

• 队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 的特点。
• 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。

队列的实现 

• 队列同样也可以数组和链表的结构实现，但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，则必须将后面的数据进行前移，使得效率会比较低；但使用链表只需将头指针与尾指针进行对应的改变即可。

#include
#include
#include
#include

//链式结构：表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
    struct QListNode* next;
    QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
    QNode* head;
    QNode* tail;
    int size;
}Queue;

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);

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

// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);

// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);

// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

// 检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

队列相关函数功能具体实现

#include "Queue.h"

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (QueueEmpty(pq))
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}

// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

// 检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	while (pq->head)
	{
		QNode* cur = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = cur;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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