【数据结构】实现栈和队列
目录
- 一、栈
-
- 1.栈的概念及结构
-
- （1）栈的概念
- （2）栈的结构
- 2.栈的实现
-
- （1）类型和函数的声明
- （2）初始化栈
- （3）销毁
- （4）入栈
- （5）出栈
- （6）检查是否为空
- （7）获取栈的元素个数
- （8）获取栈顶元素
- 二、栈的全部代码
-
- 1.Stack.h
- 2Stack.c
- 3.Test.c
- 三、队列
-
- 1.队列的概念及结构
-
- （1）队列的概念
- （2）队列的结构
- 2.队列的实现
-
- （1）类型和函数的声明
- （2）初始化队列
- （3）销毁
- （4）入队
- （5）出队
- （6）获取头部元素
- （7）获取队尾元素
- （8）获取元素个数
- （9）检查是否为空
- 四、队列的全部代码
-
- 1.Queue.h
- 2.Queue.c
- 3.Test.c
一、栈
1.栈的概念及结构
（1）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。
（2）栈的结构
2.栈的实现
（1）类型和函数的声明
栈的结构与顺序表相同，也是用数组。因为栈的特点是出栈、入栈在同一位置，所以用数组尾插更方便。
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* data;
int top;
int capacity;
}ST;
//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//检查是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//获取栈的元素个数
int STSize(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
（2）初始化栈
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->data = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
}
（3）销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->data);
ps->data = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
}
（4）入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
exit(-1);
}
ps->data = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->data[ps->top] = x;
ps->top++;
}
（5）出栈
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->top > 0);
ps->top--;
}
（6）检查是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
（7）获取栈的元素个数
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
（8）获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->top > 0);
return ps->data[ps->top - 1];
}
二、栈的全部代码
1.Stack.h
#pragma once
#include 2Stack.c
#include "Stack.h"
//初始化
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->data = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
}
//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->data);
ps->data = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
}
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->data, sizeof(STDataType) * newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
exit(-1);
}
ps->data = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->data[ps->top] = x;
ps->top++;
}
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->top > 0);
ps->top--;
}
//检查是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
//获取栈的元素个数
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->top > 0);
return ps->data[ps->top - 1];
}
3.Test.c
#include "Stack.h"
void test()
{
ST st;
STInit(&st);
STPush(&st, 1);
STPush(&st, 2);
STPush(&st, 3);
STPush(&st, 4);
STPush(&st, 5);
while (!STEmpty(&st))
{
printf("%d ", STTop(&st));
STPop(&st);
}
STDestroy(&st);
}
int main()
{
test();
return 0;
}
三、队列
1.队列的概念及结构
（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
（2）队列的结构
2.队列的实现
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。
（1）类型和函数的声明
队列除了节点的结构体以外，还要再创建一个结构体，方便找到尾指针。
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* head;
QNode* tail;
int size;
}Que;
//初始化
void QueInit(Que* pq);
//销毁
void QueDestroy(Que* pq);
//入队
void QuePush(Que* pq, QDataType x);
//出队
void QuePop(Que* pq);
//获取头部元素
QDataType QueFront(Que* pq);
//获取队尾元素
QDataType QueBack(Que* pq);
//获取元素个数
int QueSize(Que* pq);
//检查是否为空
bool QueEmpty(Que* pq);
（2）初始化队列
void QueInit(Que* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
（3）销毁
void QueDestroy(Que* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
（4）入队
入队相当于尾插，因为只有一个入口插入节点，所以直接在这个函数创建一个新节点。分两种情况：刚开始没有节点尾插、已有节点再尾插。
void QuePush(Que* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
pq->size++;
}
（5）出队
出队相当于头删。如果没有节点，就不能再删了，所以要断言检查是否为空。这里的头删也要分两种情况：只有一个节点、一个以上的节点。
void QuePop(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueEmpty(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--;
}
（6）获取头部元素
QDataType QueFront(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
（7）获取队尾元素
QDataType QueBack(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
（8）获取元素个数
int QueSize(Que* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
（9）检查是否为空
bool QueEmpty(Que* pq)
{
assert(pq);
return pq->head == NULL;
}
四、队列的全部代码
1.Queue.h
#pragma once
#include 2.Queue.c
#include "Queue.h"
//初始化
void QueInit(Que* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
//销毁
void QueDestroy(Que* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
//入队
void QuePush(Que* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
pq->size++;
}
//出队
void QuePop(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueEmpty(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--;
}
//获取头部元素
QDataType QueFront(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
//获取队尾元素
QDataType QueBack(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
//获取元素个数
int QueSize(Que* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
//检查是否为空
bool QueEmpty(Que* pq)
{
assert(pq);
return pq->head == NULL;
}
3.Test.c
#include "Queue.h"
void test()
{
Que q;
QueInit(&q);
QuePush(&q, 1);
QuePush(&q, 2);
QuePush(&q, 3);
QuePush(&q, 4);
QuePush(&q, 5);
while (!QueEmpty(&q))
{
printf("%d ", QueFront(&q));
QuePop(&q);
}
printf("\n");
QueDestroy(&q);
}
int main()
{
test();
return 0;
}
感谢观看~