基础数据结构 链表、栈、队列
数据结构是程序设计中一个非常重要的部分，基本的数据结构包括链表、栈和队列，当然高级一点的还有树、图等，实际上链表、栈和队列都是线性表，只是在操作和表示方式上有所不同，线性表用顺序结构表示就是顺序表，用链结构表示就是链表，如果对线性表的操作加以限制，只能有在表尾进行插入和删除元素，这就变成栈了，如果只能允许元素从表尾插入，表头删除，这就变成队列了。
链表
/*
* 数据结构 链表
* 链式结构
*/
#include <iostream>
using namespace std;
enum Status
{
ERROR = -1,
OK = 0
};
typedef int ElemType;
//定义链表的节点
typedef struct LNode
{
ElemType data;
LNode *next;
} LNode, *LinkList;
/*
* 创建一个长度为size的单链表，并返回链表头结点
* 从后先前不断插入新的元素，每次新元素都添加到头结点后面
*/
LinkList createList(int size)
{
if (size < 0)
return NULL;
//定义头节点
LinkList list = new LNode[1];
list->next = NULL;
for (int i=size; i>=1; i--)
{
LNode *node = new LNode[1];
cin>>node->data;
node->next = list->next;
list->next = node;
}
return list;
}
/*
* 从链表 list 中取第 pos 个元素，并将元素值付给 elem
*/
Status getElem(LinkList list, int pos, ElemType &elem)
{
if (! list)
{
return Status::ERROR;
}
LNode *p = list->next;
int j = 1;
while (p && j<pos)
{
p = p->next;
j++;
}
//判断是否存在第 pos 个元素，或者 pos 值输入不合法(负值或0)
if (! p || j > pos)
{
return Status::ERROR;
}
elem = p->data;
return Status::OK;
}
/*
* 将元素elem插入到链表list中的第pos个位置
* 要想在第pos个位置插入元素，需要先找到第
* pos-1个位置
*/
Status insertList(LinkList list, int pos, ElemType elem)
{
LNode *p = list;
int j = 0;
while (p && j<pos-1)
{
p = p->next;
j++;
}
if (! p || j > pos-1)
{
return Status::ERROR;
}
LNode *node = new LNode[1];
node->data = elem;
node->next = p->next;
p->next = node;
return Status::OK;
}
/*
* 从链表list中删除第pos个元素，并将该元素值赋给elem
* 首先找到第pos-1个元素
*/
Status deleteList(LinkList list, int pos, ElemType &elem)
{
LNode *p = list;
int j = 0;
//找到第 pos-1 个元素
while (p && j<pos-1)
{
p = p->next;
j++;
}
if (! p || j>pos-1 || ! p->next)
{
return Status::ERROR;
}
LNode *q = p->next;
elem = q->data;
p->next = q->next;
delete q;
return Status::OK;
}
/*
* 合并链表list1和list2，并返回合并后的链表头结点
* list1和list2均是按值非递减排列
*/
LinkList mergeList(LinkList list1, LinkList list2)
{
LinkList list;
if (! list1 || ! list2)
{
list = list2==NULL ? list1 : list2;
return list;
}
list = list1;
LinkList p = list, p1 = list1->next, p2 = list2->next;
while (p1 && p2)
{
if (p1->data <= p2->data)
{
p->next = p1;
p1 = p1->next;
} else {
p->next = p2;
p2 = p2->next;
}
p = p->next;
}
p->next = p1 ? p1 : p2;
delete list2;
return list;
}
void printList(LinkList list, char *str="")
{
cout<<str<<endl;
if (list == NULL)
return;
LNode *p = list->next;
while (p)
{
cout<<p->data<<" ";
p = p->next;
}
cout<<endl;
}
void destroyList(LinkList list)
{
if (! list)
{
return;
}
while (list->next)
{
LNode *p = list->next;
list->next = p->next;
delete p;
}
delete list;
}
栈
/*
* 数据结构 栈
* 顺序结构
*/
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
#define STACK_INIT_SIZE 100
#define STACK_INCREMENT 10
enum Status
{
ERROR = -1,
OK = 0,
TRUE = 1,
FALSE = 2
};
typedef int ElemType;
typedef struct Stack
{
ElemType *top;//指向栈顶元素的上一个位置
ElemType *base;//指向栈底元素
int size;//栈空间的长度
} Stack;
/*
* 初始化栈操作
*/
Status initStack(Stack* &stack)
{//此处的形参必须使用指针的引用，因为可能会改变指针本身的值，而不是其指向的对象的值
if (! stack)
{
stack = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
}
stack->base = (ElemType*)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(ElemType));
if (! stack->base)
{
return Status::ERROR;
}
stack->top = stack->base;
stack->size = STACK_INIT_SIZE;
return Status::OK;
}
/*
* 获取栈顶元素
*/
Status getTop(Stack *stack, ElemType &elem)
{
if (! stack || stack->base == stack->top)
{
return Status::ERROR;
}
elem = *(stack->top-1);
return Status::OK;
}
/*
* 压入新的元素到栈顶
*/
Status push(Stack *stack, ElemType elem)
{
if (! stack)
{
return Status::ERROR;
}
//先判断栈是否满
if (stack->top - stack->base >= stack->size)
{
stack->base = (ElemType*)realloc(stack->base, (stack->size+STACK_INCREMENT)*sizeof(ElemType));
if (! stack->base)
{
return Status::ERROR;
}
stack->top = stack->base + stack->size;
stack->size += STACK_INCREMENT;
}
*stack->top = elem;
stack->top++;
return Status::OK;
}
/*
* 判断栈是否为空
*/
Status isEmpty(Stack *stack)
{
if (! stack || stack->base == stack->top)
{
return Status::TRUE;
}
return Status::FALSE;
}
/*
* 弹出栈顶元素
*/
Status pop(Stack* stack, ElemType &elem)
{
if (isEmpty(stack) == Status::TRUE)
{
return Status::ERROR;
}
stack->top--;
elem = *stack->top;
return Status::OK;
}
Status destroyStack(Stack *stack)
{
if (! stack)
return Status::OK;
if (stack->base)
{
free(stack->base);
stack->base = stack->top = NULL;
}
return Status::OK;
}
void printStack(Stack *stack, char *str = "")
{
if (isEmpty(stack) == Status::TRUE)
{
return;
}
cout<<str<<endl;
ElemType *p = stack->base;
while (p != stack->top)
{
cout<<*p<<" ";
p++;
}
cout<<endl;
}
队列
/*
* 数据结构 队列
* 链式结构
*/
#include <iostream>
using namespace std;
enum Status
{
ERROR = -1,
OK = 0,
TRUE = 1,
FALSE = 2
};
typedef int ElemType;
typedef struct QNode
{
ElemType data;
QNode* next;
} QNode;
typedef struct LinkQueue
{
QNode* front;
QNode* rear;
} LinkQueue;
/*
* 初始化队列
*/
Status initQueue(LinkQueue* &queue)
{
if (! queue)
{
queue = (LinkQueue*)malloc(sizeof(LinkQueue));
}
queue->front = queue->rear = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (! queue->front)
{
return Status::ERROR;
}
queue->front->next = NULL;
return Status::OK;
}
/*
* 入队
*/
Status enQueue(LinkQueue* queue, ElemType elem)
{
if (! queue)
{
return Status::ERROR;
}
QNode* node = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (! node)
{
return Status::ERROR;
}
node->data = elem;
node->next = NULL;
queue->rear->next = node;
queue->rear = node;
return Status::OK;
}
/*
* 判断队列是否为空
*/
Status isEmpty(LinkQueue* queue)
{
if (! queue || queue->front == queue->rear)
return Status::TRUE;
return Status::FALSE;
}
/*
* 出队
*/
Status deQueue(LinkQueue* queue, ElemType &elem)
{
if (isEmpty(queue) == Status::TRUE)
{
return Status::ERROR;
}
QNode* p = queue->front->next;
elem = p->data;
queue->front->next = p->next;
if (queue->rear == p)
queue->rear = queue->front;
free(p);
return Status::OK;
}
/*
* 销毁队列
*/
Status destroyQueue(LinkQueue* queue)
{
if (! queue)
return Status::OK;
while (queue->front)
{
queue->rear = queue->front->next;
free(queue->front);
queue->front = queue->rear;
}
return Status::OK;
}
void printQueue(LinkQueue* queue, char* str)
{
if (isEmpty(queue) == Status::TRUE)
{
return;
}
cout<<str<<endl;
QNode* p = queue->front->next;
while (p)
{
cout<<p->data<<" ";
p = p->next;
}
cout<<endl;
}
由于队列是从队头删除元素，从队尾插入元素，在删除元素之后，不可能让队列中的所有元素都向前移动，只能是将队头指针向后收缩一个位置，则前面空出了空间，为了使用这些空间，就需要使用循环队列，将队头和队尾连接起来，这样真正的队头并不一定就是申请到的顺序空间的首地址，队尾也并不一定就是顺序空间的尾地址，所以在循环队列满了之后无法使用realloc重新分配新的空间使用，因为这样会打破原来的队列结构，新的队列空间可能会插入到队列的任意位置，对队列的头尾操作同样无法进行，所以只能给循环队列设置一个最大队列长度，无法动态分配，如果最大长度不确定，则使用链式队列较好。
/*
* 数据结构 队列
* 顺序结构，循环队列
*/
#include <iostream>
using namespace std;
#define MAXSIZE 100
enum Status
{
ERROR = -1,
OK = 0,
TRUE = 1,
FALSE = 2
};
typedef int ElemType;
typedef struct CircleQueue
{
ElemType* base;
int front;
int rear;
} CircleQueue;
/*
* 初始化队列
*/
Status initQueue(CircleQueue* &queue)
{
if (! queue)
{
queue = (CircleQueue*)malloc(sizeof(CircleQueue));
}
if (! queue)
return Status::ERROR;
queue->base = (ElemType*)malloc(MAXSIZE * sizeof(ElemType));
if (! queue->base)
{
return Status::ERROR;
}
queue->front = queue->rear = 0;
return Status::OK;
}
/*
* 获取队列的长度
*/
int getLength(CircleQueue* queue)
{
if (! queue)
{
return 0;
}
return (queue->rear - queue->front + MAXSIZE) % MAXSIZE;
}
/*
* 入队
*/
Status enQueue(CircleQueue* queue, ElemType elem)
{//预留一个空间不放元素，以区别队列满和空的标志
if (! queue || (queue->rear+1)%MAXSIZE == queue->front)
{
return Status::ERROR;
}
queue->base[queue->rear] = elem;
queue->rear = (queue->rear + 1) % MAXSIZE;
return Status::OK;
}
/*
* 判断队列是否为空
*/
Status isEmpty(CircleQueue* queue)
{
if (! queue || ! queue->base || queue->front == queue->rear)
{
return Status::TRUE;
}
return Status::FALSE;
}
/*
* 出队
*/
Status deQueue(CircleQueue* queue, ElemType &elem)
{
if (isEmpty(queue) == Status::TRUE)
{
return Status::ERROR;
}
elem = queue->base[queue->front];
queue->front = (queue->front + 1) % MAXSIZE;
return Status::OK;
}
/*
* 销毁队列
*/
Status destroyQueue(CircleQueue* queue)
{
if (! queue)
{
return Status::OK;
}
if (queue->base)
{
free(queue->base);
queue->base = NULL;
}
return Status::OK;
}
void printQueue(CircleQueue* queue, char* str)
{
if (isEmpty(queue) == Status::TRUE)
return;
cout<<str<<endl;
int pos = queue->front;
while (pos != queue->rear)
{
cout<<queue->base[pos]<<" ";
pos = (pos+1)%MAXSIZE;
}
cout<<endl;
}