数据结构——栈与队列

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 栈的实现（数组栈）

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。

1.2.1 栈的基本功能实现

#include
#include
#include
typedef int  SDateType;
typedef struct Stack
{
	SDateType* a;
	int top;
	int capacity;

}Stack;

//初始化栈和销毁栈
void InitStack(Stack* ps);
void DestoryStack(Stack* ps);

//出栈和入栈
void StackPush(Stack* ps, SDateType x);
void StackPop(Stack* ps);

//栈的有效个数和栈顶元素
int  StackSize(Stack* ps);
int   StackTop(Stack* ps);

//栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps);

1.2.1.1 栈的初始化和销毁

//初始化栈和销毁栈
void InitStack(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
void DestoryStack(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;

}

1.2.1.2  入栈和出栈

//出栈和入栈
void StackPush(Stack* ps, SDateType x)
{
	assert(ps);
	//扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		SDateType newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		SDateType* tmp = (SDateType*)realloc(ps->a,newcapacity*sizeof(SDateType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail:");
				return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;

	}
	//尾插
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//只少有一个元素，才能删除
	ps->top--;
}

1.2.1.3 栈的元素个数和栈顶元素

//栈的有效个数和栈顶元素
int  StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
int   StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

1.2.1.4  栈是否为空

//栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

1.2.2  Stack.h

#include
#include
#include
typedef int  SDateType;
typedef struct Stack
{
	SDateType* a;
	int top;
	int capacity;

}Stack;

//初始化栈和销毁栈
void InitStack(Stack* ps);
void DestoryStack(Stack* ps);

//出栈和入栈
void StackPush(Stack* ps, SDateType x);
void StackPop(Stack* ps);

//栈的有效个数和栈顶元素
int  StackSize(Stack* ps);
int   StackTop(Stack* ps);

//栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps);

1.2.3  Stach.c

#include"Stack.h"
//初始化栈和销毁栈
void InitStack(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
void DestoryStack(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;

}

//出栈和入栈
void StackPush(Stack* ps, SDateType x)
{
	assert(ps);
	//扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		SDateType newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		SDateType* tmp = (SDateType*)realloc(ps->a,newcapacity*sizeof(SDateType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail:");
				return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;

	}
	//尾插
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//只少有一个元素，才能删除
	ps->top--;
}

//栈的有效个数和栈顶元素
int  StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
int   StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

//栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

二、队列

2.1  队列的概念及结构

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)的原则。

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

2.2  队列的实现（单链表队列）

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。

2.2.1 队列的基本功能实现

#include
#include
#include
#include
typedef int QDateType;
typedef struct QueueNode
{
	QDateType val;
	struct QueueNode * next;
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
	QueueNode *head;
	QueueNode *tail;
	QDateType size;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);

// 队尾入列和出列
void QueuePush(Queue* pq, QDateType x);
void QueuePop(Queue* pq);


// 返回队头和队尾
QDateType QueueFront(Queue* pq);
QDateType QueueBack(Queue* pq);

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

// 检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

2.2.1.1 队列的初始化和销毁

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

2.2.1.2 入列和出列

//入列
void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* node = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	
	node->val = x;
	node->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = node;
		pq->size++;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = node;
		pq->tail = node;
		pq->size++;
	}
}
//出列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head != NULL);//只少保证一个节点
	QueueNode* del = pq->head;
	pq->head = pq->head->next;
	free(del);
	del = NULL;
	pq->size--;
	if (pq->head == NULL)//只有一个节点处理
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

2.2.1.3    返回队头和队尾元素

// 返回队头和队尾
QDateType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head->val;
}
QDateType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->tail->val;
}

2.2.1.4  队列元素个数

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

2.2.1.5  队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head==NULL;
}

2.2.2  Queue.h

#include
#include
#include
#include
typedef int QDateType;
typedef struct QueueNode
{
	QDateType val;
	struct QueueNode * next;
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
	QueueNode *head;
	QueueNode *tail;
	QDateType size;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);

// 队尾入列和出列
void QueuePush(Queue* pq, QDateType x);
void QueuePop(Queue* pq);


// 返回队头和队尾
QDateType QueueFront(Queue* pq);
QDateType QueueBack(Queue* pq);

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

// 检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

2.2.1 Queue.c

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

void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* node = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	
	node->val = x;
	node->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = node;
		pq->size++;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = node;
		pq->tail = node;
		pq->size++;
	}
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head != NULL);//只少保证一个节点
	QueueNode* del = pq->head;
	pq->head = pq->head->next;
	free(del);
	del = NULL;
	pq->size--;
	if (pq->head == NULL)//只有一个节点处理
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

// 返回队头和队尾
QDateType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head->val;
}
QDateType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->tail->val;
}

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}



bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head==NULL;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;

}