前言：
之前的博客我们学习了数据结构中的顺序表和链表，现在我们一起回顾一下它们各自的优缺点。
首先是顺序表：
✨优点：
1.支持下标的随机访问（因为是数组的形式）；
2.尾插尾删比较方便，效率不错；
3.CPU高速缓存命中率较高；
✨ 缺点：
1.前面部分插入删除数据需要挪动数据，时间复杂度为O(n)；
2.空间不够需要扩容——一方面扩容需要付出代价例如异地扩容， 另一方面扩容一般还伴随着空间的浪费；
其次是链表：
✨优点：
1.任意位置插入删除数据都比较方便高效，时间复杂度为O(1);
2.按需申请释放空间
✨缺点：
1.不支持下标的随机访问；
2.CPU高速缓存命中率较低；
我们发现顺序表的优点和缺点恰好对应着链表的缺点和优点，顺序表和链表各自都有它们独特的作用与优势，不存在优劣之分。大家在使用的时候要根据自己的需求去选择哦~
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
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。
如图所示，左边是栈尾，右边是栈顶（进行出栈也就是删除操作）；
以下是栈的实现：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> #include<assert.h> #include<stdlib.h> #include<stdbool.h> typedef int STDataType; // 支持动态增长的栈 typedef int STDataType; typedef struct Stack//定义一个结构体表现栈 { STDataType* a; int top; // 栈顶 int capacity; // 容量 }Stack; // 初始化栈 void StackInit(Stack* ps); // 入栈 void StackPush(Stack* ps, STDataType data); // 出栈 void StackPop(Stack* ps); // 获取栈顶元素 STDataType StackTop(Stack* ps); // 获取栈中有效元素个数 int StackSize(Stack* ps); // 检测栈是否为空，如果为空返回true，如果不为空返回false bool StackEmpty(Stack* ps); // 销毁栈 void StackDestroy(Stack* ps);
栈实现包括初始化，入栈，出栈，获取栈顶元素，获取栈中有效元素个数，判断栈是否为空以及销毁栈这7个函数。
下面我们来具体实现栈：
（1）初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
// 初始化栈 void StackInit(Stack* ps) { assert(ps); ps->a = NULL; ps->capacity = 0; ps->top = 0;//指向栈顶的下一个数据 //ps->top = -1; //则指向栈顶数据 }
这里要注意*ps->top = 0*** 代表的是栈顶元素的下一个；ps->top = -1才指向栈顶元素，因为后面的函数每增加一个元素，ps->top++，如果初始化top = 0，加一个元素后，top=1；表示的位置是下标为1（其本质是数组，下标为1的位置表示第二个元素），但确间接表明了栈中元素的个数刚好为1，所以为了后续方便，我们选择初始化top=0；当然你也可以自由选择。
（2）入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
void StackPush(Stack* ps, STDataType data) { assert(ps); if (ps->top == ps->capacity)//判断空间是否满了 { //空间capacity满了就需要扩容 STDataType newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;//判断是否扩容过，如果capacity为0就增加4 //个单位空间，否则开辟capacity的2倍空间 ps->capacity = newcapacity;//扩容后capacity要等于newcapacity ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType)); if (ps->a == NULL) { perror("realloc fail"); return; } } ps->a[ps->top] = data;//入栈 ps->top++;//栈顶+1 }
这里入栈要注意判断栈的容量是否满了，满了需要使用realloc函数扩容，对于realloc函数有疑问的小伙伴可以查看土土的博客——C语言动态内存函数介绍
（3）出栈
void StackPop(Stack* ps)
// 出栈 void StackPop(Stack* ps) { assert(ps); assert(!StackEmpty(ps));//判断非空 ps->top--; }
出栈就比较简单，只需将top–即可，但是同时也要注意判断栈不为空哦~判空函数StackEmpty(ps）将在后面实现
（4）获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps）
// 获取栈顶元素 STDataType StackTop(Stack* ps) { assert(ps); assert(!StackEmpty(ps));//判断非空 return ps->a[ps->top-1]; }
是时候考验你们的专注力了，这里返回栈顶元素用的是top-1；有小伙伴知道为什么不直接用top吗？答案我们放在下一个获取栈中有效元素个数函数中揭晓。
（5）获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
// 获取栈中有效元素个数 int StackSize(Stack* ps) { assert(ps); return ps->top; }
上一个函数获取栈顶元素我们使用的是top-1，是因为在初始化函数时我们就介绍过将top初始化为0，指向栈顶元素的下一个，所以要获取栈顶元素我们要将top-1；依此类推栈中有效元素个数就恰好是top了。
（6）检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)
// 检测栈是否为空，如果为空返回true，如果不为空返回false bool StackEmpty(Stack* ps) { assert(ps); /*if (ps->top == 0) return true; else return false;*/ return ps->top == 0; }
这里可以使用if语句来判断，也可以如上面代码所示直接使用return返回。
（7）销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
// 销毁栈 void StackDestroy(Stack* ps) { assert(ps); free(ps->a); ps->capacity = 0; ps->a = NULL; ps->top = 0; }
这里就不过多赘述，使用free销毁即可；因为数组时地址连续的一段物理空间，所以只要数组首元素地址即可free整个数组与链表需要遍历不同。
栈实现可视化如下图所示：
代码如下：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"stack.h" void Sttest() { Stack ST; StackInit(&ST); StackPush(&ST, 1); StackPush(&ST, 2); StackPush(&ST, 3); StackPush(&ST, 4); while (ST.top)//打印栈 { printf("%d", StackTop(&ST)); StackPop(&ST);//打印一个出一个 } StackDestroy(&ST); } int main() { Sttest(); return 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)
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
发现进行删除操作的都是队头，无论栈还是队列；
队列根据其名字，我们不难发现类似于我们生活中的排队，先排队的肯定会先出去；
2.2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* pNext; QDataType data; }QNode; // 队列的结构 typedef struct Queue { QNode* front; QNode* rear; }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);
队列相较于栈定义了两个结构体来表示，一个结构体QNode表示节点，另一个结构体Queue则用来表示队列的头尾指针，展示队列的结构。
队列也包含了初始化，队尾入队列，队头出队列，获取队列头部元素，获取队列尾部元素，以及有效元素个数，判空，销毁这八个函数。
(1）初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 初始化队列 void QueueInit(Queue* q) { assert(q); q->front = NULL; q->rear = NULL; }
将Queue结构体初始化即可
(2)队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队尾入队列 void QueuePush(Queue* q, QDataType data) { assert(q); QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//创建新节点 if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); return; } newnode->data = data; newnode->pNext = NULL; //队列为空的情况入队列 if (QueueEmpty(q)) { q->front = newnode; q->rear = newnode; return; } //队列不为空的情况入队列 else { q->rear->pNext = newnode; q->rear = newnode; return; } }
队尾入队列首先要记得malloc一个新节点，然后要记得判断队列是否为空，分为两种情况。判空函数将在后面实现。
(3)队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 队头出队列 void QueuePop(Queue* q) { assert(q); assert(!QueueEmpty(q));//判断队列非空 QNode* tmp = q->front;//先保存队头指针 q->front = tmp->pNext; free(tmp); }
队头出队列要记得free释放出去节点的空间。
(4)获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列头部元素 QDataType QueueFront(Queue* q) { assert(q); assert(!QueueEmpty(q));//判断队列非空 return q->front->data; }
通过结构体Queue的front指针可以直接找到头返回即可。
(5)获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列队尾元素 QDataType QueueBack(Queue* q) { assert(q); assert(!QueueEmpty(q));//判断队列非空 return q->rear->data; }
同样通过结构体Queue的rear指针可以直接找到尾返回即可。
(6) 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
// 获取队列中有效元素个数 int QueueSize(Queue* q) { assert(q); assert(!QueueEmpty(q));//判断队列非空 int count = 0;//记录元素个数 QNode* cur = q->front; while (cur) { cur = cur->pNext; count++; } return count; }
这里队列用的是链表的结构，所以需要使用循环遍历来获取有效元素的个数。
(7)检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* q);
// 检测队列是否为空，如果为空返回true,非空返回false bool QueueEmpty(Queue* q) { assert(q); return q->front == NULL; }
队列头指针为空即没有元素进入队列。
(8)销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
// 销毁队列 void QueueDestroy(Queue* q) { assert(q); while (q->front) { QueuePop(q); } }
QueuePop()函数将元素从队头删除的同时也使用了free释放空间，所以这里直接使用该函数即可。
队列实现可视化如下图所示：
实现代码如下：
#include"queue.h" void Qtest() { Queue QT; QueueInit(&QT); QueuePush(&QT, 1); QueuePush(&QT, 2); QueuePush(&QT, 3); QueuePush(&QT, 4); while (QT.front) { printf("%d", QueueFront(&QT)); QueuePop(&QT); } QueueDestroy(&QT); } int main() { Qtest(); return 0; }
三、练习题
1.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈，然后再依次出栈，则元素出 栈的顺序是（ ）。 A 12345ABCDE B EDCBA54321 C ABCDE12345 D 54321EDCBA 2.若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（） A 1,4,3,2 B 2,3,4,1 C 3,1,4,2 D 3,4,2,1 3.以下( )不是队列的基本运算？ A 从队尾插入一个新元素 B 从队列中删除第i个元素 C 判断一个队列是否为空 D 读取队头元素的值
答案：BCB
四、结语
栈和队列有很多的相似之处，尽管栈是队头进入删除数据（后进先出），队列是队尾入数据，队头删数据（先进先出），但其本质是一样的。熟悉了栈和队列后，相信大家对于顺序表和链表的理解也会更上一层楼。以上就是栈和队列的学习啦~ 完结撒花~🥳🥳🎉
