栈以及队列的实现与基本操作

目录

一、栈

1.栈的基本概念

2.如何实现一个栈

1.>用数组实现一个可以动态增长的栈（建议）

2.>栈的链式存储

3.栈的基本操作

1.>栈的创建

2.>栈的初始化

3.>入栈操作

4.>出栈操作

5.>获取栈顶元素

6.>栈空的判断

7.>栈的销毁

二、队列

1.队列的基本概念

2.如何实现一个基本队列

1.>顺序队的实现

 2.>链队的实现 

3.>循环队列的实现

3.队列的基本操作（链式结构）

1.>队列的创建

2.>队列的初始化

3.>队尾入队

4.>队头出队

5.>判断队列是否为空

6.>获取队列队尾元素

7.>获取队列队头元素

8.>获取队列中元素的个数

9.>队列销毁

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一、栈

1.栈的基本概念

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 。

2.如何实现一个栈

1.>用数组实现一个可以动态增长的栈（建议）

此时的入栈和出栈操作只需要在数组尾部进行操作，但需要考虑到数组的大小可能发生变化。

这时我们就需要设计一个可以动态增长的数组。

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* _a;
	int _top;		// 栈顶
	int _capacity;  // 容量 
}Stack;

2.>栈的链式存储

 链栈是指采用链式存储结构实现的栈。通常链栈用单链表来表示，如上图所示。链栈的节点结构与单链表的结构相同。

//------链栈的存储结构------
typedef struct StackNode
{
     Eletype data;
     struct StackNode  *next;
}StactNode, *LinkStack;

3.栈的基本操作

1.>栈的创建

栈的基本结构;包含了保存数据用的数组，栈的容量以及栈的栈顶

// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* _a;
	int _top;		// 栈顶
	int _capacity;  // 容量 
}Stack;

2.>栈的初始化

void StackInit(Stack* ps){
	assert(ps);
	ps->_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 3);
	if (NULL == ps->_a){
		assert(0);
		return;
	}
	ps->_capacity = 3;
	ps->_top = 0;
}

3.>入栈操作

因为是用数组实现的栈，所以需要考虑数组满了的情况，则在进行入栈操作之前需要先对栈是否满了进行判断，如果满了则需要进行新空间的申请。

//如果栈满了则需要进行新空间的申请
void BuySize(Stack*ps){
	//1.申请新空间
	int newsize = (ps->_capacity) * 2;
	STDataType*new_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*newsize);
	if (NULL==new_a){
		assert(0);
		return ;
	}
	//2.数据的拷贝
	new_a = (STDataType*)memcpy(new_a, ps->_a, ps->_capacity);
	//3.释放旧空间
	free(ps->_a);
	ps->_a = new_a;
	//4.新空间的使用
	ps->_capacity = newsize;
}

void StackInit(Stack* ps){
	assert(ps);
	ps->_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 3);
	if (NULL == ps->_a){
		assert(0);
		return;
	}
	ps->_capacity = 3;
	ps->_top = 0;
}


//栈满的判断
static int StactFull(Stack*ps){
	return ps->_capacity == ps->_top;
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data){
	if (StactFull(ps))
	{
		//如果栈满了则需要扩容
		BuySize(ps);
	}
	ps->_a[ps->_top] = data;
	ps->_top++;
}

4.>出栈操作

出栈需要先对栈是否为空进行判断

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps){
	if (StackEmpty(ps))
	{
		return;
	}
	ps->_top--;
}

5.>获取栈顶元素

这里也需要进行栈空的判断

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

6.>栈空的判断

// 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 
int StackEmpty(Stack* ps){
	assert(ps);
	return 0==ps->_top;
}

7.>栈的销毁

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps){
	assert(ps);
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = 0;
}

二、队列

1.队列的基本概念

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.如何实现一个基本队列

1.>顺序队的实现

用数组来实现一个队列，定义两个“指针”指向队列的头和尾，从而进行队列的基本操作。

//------队列的顺序存储结构------
#define MAXQSIZE
typedef struct
{
	QElemType *base;  //存储空间的基地址
	int front;        //头指针
	int rear;         //尾指针
}sqQueue;

 2.>链队的实现 

 链队的基本结构：需要两个指针分别指向链表的头结点和尾结点

// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{ 
 struct QListNode* _pNext; 
 QDataType _data; 
}QNode; 

// 队列的结构
typedef struct Queue
{ 
 QNode* _front; 
 QNode* _rear; 
}Queue;

3.>循环队列的实现

因为普通的顺序队存在假溢出的问题

这时就有大佬提出了循环队列： 

 由上图可以判断队满和队空的条件是相同的

 

3.队列的基本操作（链式结构）

1.>队列的创建

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列 
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* _next;
	QDataType _data;
}QNode;

// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QNode* _front;
	QNode* _rear;
}Queue;

2.>队列的初始化

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

3.>队尾入队

这时需要先判断队列是否为空，因为如果队列为空则头指针也需要修改

void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	if (QueueEmpty(q))
	{
		q->_front = q->_rear = ByeNode(data);
	}
	else
	{
		q->_rear->_next = ByeNode(data);
		q->_rear = q->_rear->_next;
	}
}

4.>队头出队

需要先判断是否有元素可出

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	if (QueueEmpty(q))
	{
		return;
	}
	QNode*cur = q->_front;
	q->_front = cur->_next;
	free(cur);
}

5.>判断队列是否为空

// 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 
int QueueEmpty(Queue* q)
{
	return q->_front == NULL;
}

6.>获取队列队尾元素

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	return q->_rear->_data;
}

7.>获取队列队头元素

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

8.>获取队列中元素的个数

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

9.>队列销毁

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	if (QueueEmpty(q))
	{
		q = NULL;
		return;
	}
	QNode *cur = q->_front;
	while (cur)
	{
		q->_front = cur->_next;
		free(cur);
		cur = q->_front;
	}
	q->_rear = NULL;
	q = NULL;
}