1.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 ln 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。
数组实现栈：
单链表实现栈：
数组代码实现：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<stdbool.h> typedef int STDataType; typedef struct Stack { STDataType* data; int top; int capacity; }Stack; //初始化 void StackInit(Stack* pst); //销毁 void StackDestroy(Stack* pst); //入栈 void StackPush(Stack* pst, STDataType x); //出栈 void StackPop(Stack* pst); //获取栈顶元素 STDataType StackTop(Stack* pst); //判空 bool StackEmpty(Stack* pst); //获取个数 int StackSize(Stack* pst);
接口实现：
//初始化 void StackInit(Stack* pst) { assert(pst); pst->data = NULL; pst->top = 0; pst->capacity = 0; } //销毁 void StackDestroy(Stack* pst) { assert(pst); free(pst->data); pst->data = NULL; pst->top = pst->capacity = 0; } //入栈 void StackPush(Stack* pst, STDataType x) { assert(pst); if (pst->top == pst->capacity) { int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2; STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(pst->data, newcapacity * sizeof(STDataType)); if (ptr == NULL) { perror("malloc fail"); return; } pst->data = ptr; pst->capacity = newcapacity; } pst->data[pst->top] = x; pst->top++; } //出栈 void StackPop(Stack* pst) { assert(pst); assert(!StackEmpty(pst)); pst->top--; } //获取栈顶元素 STDataType StackTop(Stack* pst) { assert(pst); assert(!StackEmpty(pst)); return pst->data[pst->top - 1]; } //判空 bool StackEmpty(Stack* pst) { assert(pst); /*if (pst->top == 0) { return true; } else { return false; }*/ return pst->top == 0; } //获取个数 int StackSize(Stack* pst) { assert(pst); return pst->top; }
2.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 ln 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
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，数组头删效率会比较低。
链表实现队列：
入队出队示意图：
链表代码实现队列：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<stdbool.h> typedef int QueDataType; typedef struct QueueNode { QueDataType data; struct QueueNode* next; }QNode; typedef struct Queue { QNode* phead; QNode* ptail; int size; }Queue; //初始化 void QueueInit(Queue* pq); //释放 void QueueDestroy(Queue* pq); //入队 void QueuePush(Queue* pq, QueDataType x); //出队 void QueuePop(Queue* pq); //取队头 QueDataType QueueFront(Queue* pq); //取队尾 QueDataType QueueBack(Queue* pq); //判空 bool QueueEmpty(Queue* pq);
接口实现：
//初始化 void QueueInit(Queue* pq) { assert(pq); pq->phead = pq->ptail = NULL; pq->size = 0; } //释放 void QueueDestroy(Queue* pq) { assert(pq); QNode* cur = pq->phead; while (cur) { QNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } pq->phead = pq->ptail = NULL; pq->size = 0; } //入队 void QueuePush(Queue* pq, QueDataType x) { assert(pq); //创建新节点 QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); return; } newnode->next = NULL; newnode->data = x; //入队 if (pq->phead == NULL) { assert(pq->ptail == NULL);//防止头为空时，尾不为空 pq->ptail = pq->phead = newnode; } else { pq->ptail->next = newnode; pq->ptail = newnode; } pq->size++; } //出队 void QueuePop(Queue* pq) { assert(pq); assert(!QueueEmpty(pq)); //1.一个节点 //2.多个节点 if (pq->phead->next == NULL) { free(pq->phead); pq->phead = pq->ptail = NULL; } else { QNode* next = pq->phead->next; free(pq->phead); pq->phead = next; } pq->size--; } //取队头 QueDataType QueueFront(Queue* pq) { assert(pq); assert(!QueueEmpty(pq)); return pq->phead->data; } //取队尾 QueDataType QueueBack(Queue* pq) { assert(pq); assert(!QueueEmpty(pq)); return pq->ptail->data; } //判空 bool QueueEmpty(Queue* pq) { assert(pq); return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL; }
另外扩展了解一下，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。
Q.rear指向的是有效数据的下一个位置，在这时我们不能知道 Q.rear = Q.front 时，是队列满还是空，所以这里有两种解决办法来判断队满，图中采用的是第二种方法。
1.定义一个size来记录元素个数
2.让队列中少存储一个元素，数组实现让(rear+1) % MaxSize = front，rear 和 front 都是下标，环形链表实现让rear->next = front。
3.栈和队列面试题
1.括号匹配问题。OJ链接
2.用队列实现栈。OJ链接
3.用栈实现队列。OJ链接
4.设计循环队列。OJ链接
4.相关概念选择题
答案在最后
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.循环队列的存储空间为 Q(1:100)，初始状态为front=rear=100。经过一系列正常的入队与退队操作后，front=rear=99 ，则循环队列中的元素个数为（)
A 1
B 2
C 99
D 0或者100
4.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
5.现有一循环队列，其队头指针为front，队尾指针为rear；循环队列长度为N。其队内有效长度为?(假设队头不存放数据)
A ( rear - front + N ) % N + 1
B ( rear - front + N ) % N
C ( rear - front ) % ( N +1 )
D ( rear - front + N ) % ( N - 1 )
答案
- B
- C
- D
- B
- B
本篇结束
