栈和队列的实现以及OJ题讲解

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栈的概念以及结构

栈的概念

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。

栈的结构

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。

知道了栈的概念以及结构，接下来我们来实现一下栈。

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。我们这里实现数组栈。

结构：

typedef int STDateType;

typedef struct Stack
{
	STDateType* arr;
	int top;
	int capacity;
}Stack;

栈的接口

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);

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

// 出栈
void StackPop(Stack* ps);

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

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

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool StackEmpty(Stack* ps);

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

各个接口的实现

有了顺序表的基础，栈与其相比就太简单了。大家直接看代码就知道了：

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

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDateType* pa = (STDateType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDateType));
		if (ps == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->arr = pa;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

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

// 获取栈顶元素
STDateType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->arr[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 ? true : false;
}

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

队列的概念和结构

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。

队列的结构

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。所以我们用链表来实现队列。

typedef int QDataType;

typedef struct QNode
{
	QDataType date;
	struct QNode* next;
}QNode;


typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	//记录尾，方便入队
	QNode* tail;
	//记录队列里有效数据的个数
	int size;
}Queue;

队列的实现

队列的接口

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);

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

//出队列
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//获取队头尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//获取队列中有效数据的个数
int QueueSize(Queue* pq);

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//销毁队列
void QueuDestroy(Queue* pq);

接口的实现

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

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

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->date = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	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--;
}

//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->date;
}

//获取队头尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->tail->date;
}

//获取队列中有效数据的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	
	return pq->size;
}

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size == 0;
}

//销毁队列
void QueuDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
}

有效的括号

这个题放在这里讲，它一定是需要用到栈的，但是由于我们的C语言没有栈，所以我们写这个题时需要手写一个栈，我们这里说一下思路，括号匹配，我们可以将左括号入栈，然后碰到右括号然后保存栈顶的元素，然后出栈，然后看是否匹配，匹配的情况我们不关心，但是只要不匹配我们就返回false，但是每次是右括号是我们都要判断是不是空栈，如果是空栈，就一定不匹配，这是我们要返回false，等字符串遍历完一遍后，如果不是空栈，就一定不匹配，返回false，但是如果字符串遍历完了，是空栈，就一定匹配，返回true，注意在返回之前一定要销毁栈。

代码：

typedef char STDateType;

typedef struct Stack
{
	STDateType* arr;
	int top;
	int capacity;
}Stack;
// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDateType* pa = (STDateType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDateType));
		if (ps == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->arr = pa;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

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

// 获取栈顶元素
STDateType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->arr[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 ? true : false;
}

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}

bool isValid(char * s)
{
    Stack st;
    StackInit(&st);
    char top = 0;
    while(*s)
    {
        if(*s=='('||*s=='{'||*s=='[')
        {
            StackPush(&st,*s);
        }
        else
        {
            //数量不匹配
            if(StackEmpty(&st))
            {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }
            else
            {
                top = StackTop(&st);
                StackPop(&st);
                //判断是否匹配
                if((top=='['&&*s!=']')
                  ||top=='('&&*s!=')'
                  ||top=='{'&&*s!='}')
                {
                    StackDestroy(&st);
                    return false;
                }
            }
        }
        *s++;
    }
    //判断数量是否匹配
    if(!StackEmpty(&st))
    {
        StackDestroy(&st);
        return false;
    }
    StackDestroy(&st);
    return true;
}