数据结构|栈和队列以及实现

一、栈

1.1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。进行数据插入和数据删除的一端称为栈顶，另一端称为栈顶。 栈中的数据元素遵循后进先出的原则，简称LIFO（Last In First Out）。
• 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。

示意图：

1.2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。
两者实现的连续区别：数组栈在空间上是连续的，而链表栈在空间上是不连续的，在逻辑上是连续的。当然不管栈用什么实现，基本上都离不开结构体

区别示意图：
数组栈：

链栈：

数组栈的增删查改实现，还是分为三大模块，stack.h用来包含头文件及一些给用户看的数据、stack.c程序员用来实现函数的具体内容、test.c测试数组栈

//stack.h
#include 
#include 
#include 
#include 

//此为静态栈的结构，实际中一般不实用
//typedef int STDataType;
//typedef struct Stack
//{
//	STDataType a[N];
//	int top;
//}Stack;
  
//支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType *a;
	int top; //用来表示栈顶
	int capacity;//用来表示容量
}Stack;

//初始化栈
void StackInit(Stack* ps);

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

//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，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);

//stack.c
#include "Stack.h"

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

//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		ps->capacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
	}
	ps->a[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

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

//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps->top > 0);
	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，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
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;
}

//test.c
//这里是一些测试数据
#include "Stack.h"
#include "Queue.h"


void Stacktest()
{
	Stack s;
	Stack* st = &s;
	StackInit(st);

	StackPush(st, 1);
	StackPush(st, 2);
	StackPush(st, 3);
	StackPush(st, 4);
	StackPush(st, 5);
	while (!StackEmpty(st))
	{
		printf("%d->", StackTop(st));
		StackPop(st);
	}
	printf("\n");
	StackDestroy(st);
}
int main()
{
	Stacktest();
	return 0;
}

测试结果：

二、队列

2.1队列的概念及结构

队列：只允许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性线性表，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成为队头

示意图：

2.2队列的实现

队列当然也可以用数组和链表的结构实现，使用链栈的结构实现要更优一些，因为链式结构在出队列的时候的效率要比数组高，链式结构只要用两个指针可以控制队头队尾，而数组结构在出队头数据的时候无法确定头，需要更多的变量来记录头，效率大大降低

示意图：


以上为图的形象表示，接下来，我们进行代码来实现此结构，一样分为三个部分，Queue.h,Queue.c,test.c

//Queue.h
#include 
#include 
#include 
#include 


typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

//队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode* front;
	QNode* rear;
}Queue;

//初始化队列
void QueueInit(Queue* q);

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

//对头出队列
void QueuePop(Queue* q);

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

//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);

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

//检测队列是否为空，如果为空返回真，如果非空返回假
bool QueueEmpty(Queue* q);

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);

//Queue.c
#include "Queue.h"

//初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
	q->front = NULL;
	q->rear = NULL;
}

//队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	if (q->front == NULL)
	{
		q->rear = newnode;
		q->rear->data = data;
		q->front = q->rear;
		q->rear->next = NULL;
	}
	else
	{
		q->rear->next = newnode;
		q->rear = newnode;
		q->rear->data = data;
		q->rear->next = NULL;
	}
	

}

//队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->front);
	QNode* pnext = q->front->next;
	free(q->front);
	q->front = pnext;
}


//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->front);
	return q->front->data;
}

//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->rear);
	return q->rear->data;
}

//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->front);
	QNode* num = q->front;
	int size = 0;
	while (num)
	{
		size++;
		num = num->next;
	}
	return size;
}


//检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
bool QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);
	return q->front == NULL;
}

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->front);
	while (q->front)
	{
		QueuePop(q);
	}
	q->rear = NULL;
}

#include "Queue.h"

void Queuetest()
{
	Queue queue;
	Queue* q = &queue;
	QueueInit(q);

	QueuePush(q, 1);
	QueuePush(q, 2);
	QueuePush(q, 3);
	QueuePush(q, 4);
	QueuePush(q, 5);
	while (!QueueEmpty(q))
	{
		printf("%d->", q->front->data);
		QueuePop(q);
	}
}

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

测试结果：