数据结构---栈和队列

一、栈

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。

栈既可以用链表实现，也可以用顺序表实现，也就是我们所说的数组
实现方式
1.数组 2.链表
1.相当于之前顺序表的尾插，尾插用尾去做了栈顶，非常适合
/唯一缺陷就是：空间不够需要增容
2.如果用尾插作栈顶，就用双向链表。如果用单链表，就用首插作为栈顶，这样入栈和出栈效率都是O(1)

2.栈的定义

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//动态栈，如果是数组的话就是静态栈
	int top;
	int capacity;
}ST;

3.栈的初始化和栈的销毁

//初始化
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps != NULL);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	ps->top = 0;//top是指向栈顶数据的下一个数据
	//投top如果给0就表示栈顶数据的下一个数据，如果给-1就表示栈顶的数据
	ps->capacity = 4;
}
//销毁
void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps != NULL);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

4.压栈和出栈

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//满了->增容
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		STDataType* newnode = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDataType));
		if (newnode==NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			ps->a = newnode;
			ps->capacity = ps->capacity * 2;
		}
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
//出栈
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//空栈不能继续删
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

5.返回栈顶元素和判断栈的大小以及判断是否为空栈

//返回栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//栈为空时不能调用Top
	assert(ps->top);
	return ps->a[ps->top - 1];
}
//判断栈的大小
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
//判断是否为空
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

6.测试函数

#include "stack.h"

int main()
{
	ST st;
	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);
	}
	StackDestory(&st);
	return 0;
}

注意：由于栈是特殊的线性表，所以对于栈来说不能遍历，只能从栈顶开始取数据，所以取出一个数据销毁一个数据，就像上面while循环一样

二、队列

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，在另一端程序进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出的特点
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
对于队列来说，不管是中途出队列还是最后出队列，都不会印象其顺序
队列的实现
队列也可以数组和链表实现，使用链表结构实现更优一些，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.队列的定义

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

注意：为了方便找到队头和队尾，所以创建一个结构体指向队头和队尾

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

3.队列的初始化和销毁

//队列初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

//销毁队列
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

4.进队列和出队列

//进队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}
//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	//一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

5.取队尾和取队头

//取队头
QDataType  QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->data;
}
//取队尾
QDataType  QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->tail->data;
}

6.判断队列大小和判断队列是否为空

//队列大小
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	int size = 0;
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		cur = cur->next;
		size++;
	}
	return size;
}
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	if (pq->head == NULL)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

7.测试函数

注：队列和栈的性质相似，由于队列是先进先出，所以也不能进行队列的遍历，也只能进行，从队头取数据。

#include "Queue.h"


void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

	QueueDestory(&q);
}

int main()
{
	TestQueue();
}

三、总结

栈和队列相较于链表和顺序表来说，不是很难，只要，前面的顺序表和链表的操作掌握了，队列和栈基本都没啥问题。