【数据结构】栈和队列

简介: 【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。


       (尾插尾删)


 

 

         2,栈的实现

       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。

定长的静态栈的结构,实际中一般不实用,所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈

//Stack.h
//支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct StackTop
{
  STDataType* a;
    int top;        //栈顶
    int capacity;   //容量
}ST;
//初始化栈
void STInit(ST* ps);
//销毁栈
void STDestroy(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STInsert(ST* ps);
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);
//判断是否为空,如果为空返回非零结果,如果不为空返回0
int STEmpty(ST* ps);

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

       (头删尾插)

 

       2,队列的实现

       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。

 

//链式结构:表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
  struct QListNode* next;
  QDataType data;
}QNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
  QNode* front;
  QNode* rear;
  int size;
}Queue;
// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q);
// 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);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);
//链式结构:表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
  struct QListNode* next;
  QDataType data;
}QNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
  QNode* front;
  QNode* rear;
  int size;
}Queue;
// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q);
// 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);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);

    3,循环队列

      扩展了解一下,实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。环形队列可以使用数组实现,也可以使用循环链表实现。

 

       

三,代码实现

       1,栈代码实现

//初始化
void STInit(ST* ps)
{
  assert(ps);
  ps->a = NULL;
  ps->top = ps->capacity = 0;
}
//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
  assert(ps);
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->top = ps->capacity = 0;
}
//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
  assert(ps);
  if (ps->top == ps->capacity)
  {
    ps->capacity = ps->top == 0 ? 4 : ps->capacity*2;
    ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a,sizeof(STDataType)*ps->capacity);
  }
  ps->a[ps->top] = x;
  ps->top++;
}
//删除
void STPop(ST* ps)
{
  assert(ps);
  assert(ps->top > 0);
  ps->top--;
}
//返回栈顶
STDataType STInsert(ST* ps)
{
  assert(ps);
  assert(ps->top > 0);
  return ps->a[ps->top-1];
}
//数量
int STSize(ST* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->top;
}
//判断是否为空
int STEmpty(ST* ps)
{
  assert(ps);
  if (ps->top == 0)
  {
    return 1;
  }
  else
  {
    return 0;
  }
}

  2,队列代码实现

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
  assert(q);
  q->front = q->rear = NULL;
  q->size = 0;
}
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
  assert(q);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc");
    exit(-1);
  }
  newnode->next = NULL;
  newnode->data = data;
  if (q->front /*= q->rear*/ == NULL)//谨记判断不要用此等格式
  {
    q->front = q->rear = newnode;
  }
  else
  {
    q->rear->next = newnode;
    q->rear =newnode;
  }
  q->size++;
}
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
  assert(q);
  assert(!QueueEmpty(q));
  if (q->front->next==NULL)
  {
    free(q->front);
    q->front = q->rear = NULL;
  }
  else
  {
    QNode* next = q->front->next;
    free(q->front);
    q->front = next;
  }
  q->size--;
}
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
  assert(q);
  assert(!QueueEmpty(q));
  return q->front->data;
}
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
  assert(q);
  assert(!QueueEmpty(q));
  return q->rear->data;
}
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
  assert(q);
  return q->size;
}
// 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)
{
  assert(q);
  return q->size == 0;
}
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
  assert(q);
  QNode* cur = q->front;
  QNode* next = NULL;
  while (cur)
  {
    next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  cur = NULL;
  q->rear = NULL;
}

完结。。。

 

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