十分钟手撕栈与队列——栈与队列实现详解

简介: 栈🤔首先应该搞清楚的是什么的是栈,栈是一种特殊的线性表,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。

image.png


栈的应用场景也很多,比如解决括号匹配问题,逆波兰表达式求解,递归改非递归。

“栈”与“栈”的区别🤔

我们熟知的栈有两种,一个是数据结构的栈,人如其名他是个数据结构,另一个是操作系统中内存划分的一个区域,叫作栈,存放局部变量或在调用函数时建立栈帧。

image.png

后进先出😎

栈的这个特性可以生动形象的类比为给弹夹上子弹与弹子弹的过程,也不一定是要全进再从尾全出,可以进一个出一个,进出时机都是随机的,比如 1,2,3,4依次进栈,进栈过程中可以出栈,则他的序列的可能情况可以有:4,3,2,1

1,4,3,2

2,3,4,1

3,4,2,1

等等


栈的实现😎

要实现栈其实思路上很简单,底层结构无非还是数组或者链表,我们就要考虑哪个结构更优,相比之下因为动态栈涉及扩容必然链表结构更佳


Stack.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int Stacktype;
typedef struct Stack
{
  Stacktype* a;
  int top; //记录栈顶位置
  int capacity;
}stack;
void init(stack* p);
void destroy(stack* p);
void push(stack* p, Stacktype* a);
void pop(stack* p);
bool empty(stack* p);
Stacktype* stacktop(stack* p);

Stack.c


# define _CRTSECURE_NO_WARNINGS 
# include"stack.h"
void init(stack* p)
{
  assert(p);
  p->a = NULL;
  p->capacity = 0;
  p->top = 0;
}//初始化
void destroy(stack* p)
{
  assert(p);
  free(p->a);
  p->a = 0;
  p->capacity = 0;
  p->top = 0;
}//销毁
void  push(stack* p, Stacktype* x)
{
  assert(p);
  if (p->capacity == p->top)
  {
    int newcapa = p->capacity == 0 ? 4 : p->capacity * 2;
    p->a = realloc(p->a, newcapa * sizeof(stack));
    if (p->a == NULL)
    {
      printf("fail!\n");
      exit(-1);
    }
    p->capacity = newcapa;
  }
    p->a[p->top] = x;
    p->top++;
}//压栈
void pop(stack* p)
{
  assert(p);
  assert(p->top > 0);
  p->top--;
}//出栈
bool empty(stack* p)
{
  assert(p);
  /*if (p->capacity == 0)
  {
    return false;
  }
  return true;*/
  return p->capacity == 0;
}//测空
Stacktype* stacktop(stack* p)
{
  assert(p);
  return p->top;
}

test.c


# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
# include"stack.h"
void test()
{
  stack p;
  init(&p);
  push(&p, 1);
  push(&p, 2);
  push(&p, 3);
  pop(&p);
  printf("%d ", stacktop(&p));
  destroy(&p);
}
int main()
{
  test();
  return 0;
}

队列🤔

队列和栈是差不多的概念,但二者的实现是完全相反的,栈是只允许在一端进行插入删除的结构,而队列是在一端插入在另一端删除的结构,队列的特点的叫先进先出


入队列:进行插入操作的一端叫做队尾

出队列:进行删除操作的一端叫做队头


队列常用来解决公平排队问题,广度优先遍历等问题。


队列实现👏

不难想象,队列实现适合用链式结构,毕竟不涉及中间的插入删除,而且数组结构会面临数据挪动问题,大不方便,因此这里用单链表结构就恰到好处。


因为实现简单就不赘述,直接上代码:


Queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int Queuetype;
typedef struct Queuenode
{
  struct Queuenode* next;
  Queuetype data;
}qnode;
typedef struct Queue
{
  qnode* head;
  qnode* tail;
}queue;
void init(queue* pq);
void destroy(queue* pq);
void push(queue* pq, Queuetype x);
void pop(queue* pq);
bool empty(queue* pq);
size_t size(queue* pq);
Queuetype front(queue* pq);
Queuetype tail(queue* pq);

Queue.c


# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
# include"pq.h"
void init(queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->head = NULL;
  pq->tail = NULL;
}//初始化
void destroy(queue* pq)
{
  assert(pq);
  qnode* cur = pq->head;
  while (cur)
  {
    qnode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->head =pq->tail=NULL;
}//销毁
void push(queue* pq,Queuetype x)
{
  assert(pq);
  qnode* newnode = (qnode*)malloc(sizeof(qnode));
  assert(newnode);
  newnode->data = x;
  newnode->next = NULL;
  if (pq->head == NULL)
  {
    pq->tail = pq->head = newnode;
  }
  else
  {
    pq->tail->next = newnode;
    pq->tail = newnode;
  }
}//入队
void pop(queue* pq)
{
  assert(pq);
  if (pq->head == pq->tail)
  {
    free(pq);
    pq = NULL;
  }
  else
  {
    qnode* cur = pq->head;
    qnode* next = cur->next;
    free(pq->head);
    cur = next;
    pq->head = cur;
  }
}
  bool empty(queue * pq)
  {
    assert(pq);
    return pq->head == NULL;
  }//出队
  size_t size(queue* pq)
  {
    assert(pq);
    qnode* cur = pq->head;
    size_t size = 0;
    while (cur)
    {
      cur = cur->next;
      size++;
    }
    return size;
  }
  Queuetype front(queue* pq)
  {
    assert(pq);
    assert(pq->head);
    return pq->head->data;
  }
  Queuetype tail(queue* pq)
  {
    assert(pq);
    assert(pq->tail);
    return pq->tail->data;
  }

test.c


# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
# include"pq.h"
void test()
{
………
}
int main()
{
  test();
  return 0;
}
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