数据结构之受限线性表

受限线性表

对于一般线性表，虽然必须通过遍历逐一查找再对目标位置进行增、删和查操作，但至少一般线性表对于可操作元素并没有限制。说到这里，大家应该明白了，所谓的受限线性表，就是可操作元素受到了限制。
受限线性表可分为栈（Stack）和队列（Queue），如下图所示，这是比较特珠但很重要的数据结构，一定要掌握。

1.栈

栈，讲究的是“先进后出”，即最先进栈的数据最后出栈。就像箱子，我们整理东西时，先放进箱于里的东西会被压在最下面，后放进箱子里的东西会被放在最上面，等到从箱子里往外拿东西时，需要先把上面的东西拿出来才能拿到箱子最底下的东西，这就叫“先进栈的后出栈，后进栈的先出栈”。这与线性表分为顺序表和链表一样，栈也分为顺序栈和链栈。

(1)顺序栈

顺序栈也属于线性存储结构，而且和顺序表的数组结构极为相似，如下图所示。

可以看出，在这个数组中，我们先把1放了进去，然后依次是2、3和4，当我们要取出1时，必须先依次取出4、3和2。

(2)链栈

链栈的原理和顺序核很相似。顺序栈是将顺序表的一端封死作为栈底，将另一端作为栈顶。链栈也是如此，它把链表一端（尾部）封死作为栈底，将另一端（头部）作为栈顶，如下图所示。

可以看出，链栈其实就是一个只能用头插法插入和删除元素的链表。问题来了：如此限制链表有什么好处呢？有！那就是可以提高效率。在我们只开放链表头部进行插入和删除元素的同时，避免了大量遍历链表所带来的耗时操作。

2. 队列

队列讲究的是“先进先出”，即最先进队列的数据最先出队列。队列就像一根吸管，队列里的元素就像珍珠奶茶里的珍珠——最先进入吸管的珍珠将最先离开吸管（当然是被你吃了）。这就叫“先进队的先出队，后进队的后出队”。
生活中的队列应用也很多，如排队买票。前面的人比你先到，因此他先买，然后才轮到你。队列和栈一样，也可以分为顺序队列和链式队列。

(1)顺序队列

顺序队列其实就是在顺序表上实现队列结构。它和顺序栈的区别是，顺序栈是一边开口，而顺序队列是两边开口，如下图所示。

聪明的读者肯定会发现一个问题：顺序队列一直在往前“蹭”，前面的存储空间无法再次使用，这样会造成很大的空间浪费，而且还很容易导致数组溢出，引发错误。
那应该怎么办呢？读者肯定以为笔者要讲链式队列吧，然而并不是。不知读者是否还记得前面我们讲过的“环”？环就是解决这个问题的基本思路。我们完全可以用一个环状的顺序队列，把它的头尾巧妙地连接在一起，即可实现存储空间的循环使用，如下图所示。
剩下的就让 top 和rear 这两个指针像仓鼠玩跑轮一样去工作就可以了。

(2)链式队列

链式队列也叫链队列，可以说是单链表和顺序队列的结合体，它的初始状态如下图所示。

此时队列里什么都没有，因此top 和 rear 指针同时指向了头节点。当我们试图添加新的数据元素时，需要按照以下3 步来操作：
（1）创建一个该数据元素的新节点。
（2）将队尾指针 rear所指向的节点的指针指向新节点。
（3）将队尾指针 rear 指向新节点。
当我们试图删除数据元素时，可以按照以下3步来操作：
（1）创建一个新指针p指向将出队的节点（首元节点）。
（2）将头节点的指针指向p指针所指向节点的下一个节点。
（3）释放p指针所指向的节点，回收内存空间。

如果该链式队列没有头节点，则第（1）步应改为将队头指针 top指向p指针所指向节点的下一个节点。