【数据结构】栈和队列

 

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系列专栏：数据结构

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目录

一、栈 

1.1栈的概念

1.2栈的结构

二、栈的实现

2.1栈的初始化

2.2进栈

2.3出栈 

2.4读取栈顶元素

2.5判断栈空

2.6栈的销毁

三、队列

3.1队列的概念

3.2队列的结构

 四、队列的实现

4.1队列的定义

4.2队列的初始化

4.3入队

4.4出队

4.5获取队头元素

4.6获取队尾元素

4.7判断空队列

4.8队列的销毁

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️前言：

在前几期的学习中，我们认识了顺序表和链表这两种线性表，而在本期学习中，我们将会认识别的线性表。跟随我们的脚本，看看栈和队列有怎样的特点。

一、栈 

1.1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。

• 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。

1.2栈的结构

二、栈的实现

2.1栈的初始化

我们将结构体的所有元素都初始化为0。这里与我们在顺序表中的初始化不同，在顺序表中我们在初始化时就开辟了空间，下面我们会介绍另一种方式。

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

2.2进栈

在进栈时可能遇到容量为零，所以我们使用一个条件判断，来确定容量。因为top为0，所以它表示的是下一个元素的下标，要先赋值，再top++。

void STpush(ST* ps, STDateType* x)
{
	assert(ps);

	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDateType* tmp= (STDateType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDateType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
            exit(-1);
		}
		ps->arr = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->arr[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

malloc 和 realloc 开辟空间的区别就是 realloc 要传递一个指针，而当我们给 realloc 传递一个空指针，那么它的功能就和 malloc 相同。 

2.3出栈 

出栈只需要将 top --就访问不到这个元素了。在出栈时我们要判断栈中是否还有元素。

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

2.4读取栈顶元素

栈顶元素就是我们插入的最后一个元素。由于top表示的是下一个元素的下标，所以读取栈顶元素是top要减1。

STDateType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);

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

2.5判断栈空

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

2.6栈的销毁

这里使用的内存是动态开辟的，因此在我们使用完后要及时释放掉内存，否则会造成内存泄漏。

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

三、队列

3.1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

3.2队列的结构

 四、队列的实现

4.1队列的定义

在入队时相当于尾插，我们可以定义一个尾指针来记录尾的位置。这就使我们传指针时，要传递两个指针，我们可以把指针放到结构体中，这样在插入第一个时也可以解决要传递二级指针的问题。

定义尾指针可以避免每次尾插时要遍历一遍链表。

typedef int QDateType;

typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDateType date;
	
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
    int size;
}Que;

4.2队列的初始化

这里的 size 用来记录队列中数据的个数。

void QueueInit(Que* ps)
{
	ps->head = ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}

4.3入队

入队相当于尾插，在入队时我们要考虑链表是否为空。

void QueuePush(Que* ps, QDateType* x)
{
	assert(ps);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}

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

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

4.4出队

出队相当于头删,与之前不同的是，当我们删除最后一个节点，还要记得处理尾指针。

void QueuePop(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!QueueEmpty(ps));

	if (ps->head->next == NULL)
	{
		free(ps->head);
		ps->head = ps->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = ps->head->next;
		free(ps->head);
		ps->head = next;
	}
	ps->size--;
}

4.5获取队头元素

队头元素就是头指针指向的节点的数据域。

QDateType QueueFront(Que* ps)
{
    assert(ps);
    assert(!QueueEmpty(ps));
    return ps->head->date;
}

4.6获取队尾元素

我们通过尾指针可以直接找到队尾，不用遍历链表。

QDateType QueueBack(Que* ps)
{
    assert(ps);
    assert(!QueueEmpty(ps));
    return ps->tail->date;
}

4.7判断空队列

利用bool的函数判断队列是否为空，当尾指针为空时，返回true；当尾指针不为空时，返回false。

bool QueueEmpty(Que* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->tail==NULL；
}

4.8队列的销毁

我们在销毁时，要考虑尾指针，要及时将尾指针置为空，否则会造成内存泄漏。

void QueueDestroy(Que* ps)
{
    assert(ps);
    QNode* cur=ps->head;
    while(cur)
    {
        QNode* next=cur->next;
        free(cur):
        cur=next;
    }
    ps->head=ps->tail=NULL:
    ps->size=0;
}

本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获，同时也感谢各位读者三连支持。文章有问题可以在评论区留言，博主一定认真认真修改，以后写出更好的文章。你们的支持就是博主最大的动力。