一、栈的相关概念及结构
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（后进先出）。
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。
在我们的实际应用中，栈这种后进先出的数据结构的应用是非常普遍的。比如你在使用浏览器时，浏览器都有一个后退键，你单击后可以按访问顺序的逆序加载浏览过的网页，再比如Word等文档或图像编辑软件，都有撤销的操作键。还有个例子就是在游戏中，你打开背包界面，然后打开武器的具体介绍界面，关闭时你需要先关闭介绍界面，才能关闭背包界面。上面举出的例子都是用栈来实现的。
二、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。如下图：
这里我们使用数组来实现这个栈。代码如下：
* 首先我们先定义一个栈
typedef int Datatype; typedef struct Stack { Datatype* a;//一个柔性数组 int top;//指向栈顶元素的下一个 int size;//容量(满了就要扩容） }SK;
* 栈的相关接口函数：
//初始化 void StackInit(SK* ps) { assert(ps); ps->top = 0;//每次指向栈顶的下一个 Datatype* newnode = (Datatype*)malloc(sizeof(Datatype) * 4); if (newnode == NULL) { printf("malloc fail"); exit(-1); } else { ps->a = newnode; } ps->size = 4; } //销毁 void StackDestory(SK* ps) { assert(ps); free(ps->a); ps->a = NULL; ps->top = 0; ps->size = 0; } //入栈 void StackPush(SK* ps, Datatype x) { assert(ps); //满了就扩容 if (ps->top == ps->size) { Datatype* newnode = (Datatype*)realloc(ps->a, ps->size * 2 * sizeof(Datatype)); if (newnode == NULL) { printf("realloc fail"); exit(-1); } else { ps->a = newnode; ps->size *= 2; } } ps->a[ps->top] = x; ps->top++; } //出栈 void StackPop(SK* ps) { assert(ps); //如果栈空了还去调用Pop就直接报错 assert(ps->top > 0); ps->top--; } //取栈顶元素 Datatype StackTop(SK* ps) { assert(ps); //如果栈空了还去调用Top就直接报错 assert(ps->top > 0); return ps->a[ps->top - 1]; } //求数据个数 Datatype StackNum(SK* ps) { return ps->top; } //判空 bool StackEmpty(SK* ps) { assert(ps); return ps->top == 0; }
三、队列的概念及结构
队列在实际生活的应用中也是非常广泛的。比如说医院的门诊排队系统，如果你是先扫码进行排队，那么你必定是先被叫到去问诊的。这就符合队列这种先进先出的特点。
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。
队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除。 如下图：
四、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。所以我们下面使用链表来实现队列。
typedef int Datatype; typedef struct QueueNode { struct QueueNode* next; Datatype data; }QNode; typedef struct Queue { QNode* head; QNode* tail; }Queue; //初始化 void QueueInit(Queue* pq) { assert(pq); pq->head = pq->tail = NULL; } //销毁 void QueueDestory(Queue* pq) { assert(pq); QNode* cur = pq->head; while (cur) { QNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } pq->head = pq->tail = NULL; } //队尾入队列 void QueuePush(Queue* pq, Datatype x) { assert(pq); QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); if (newnode == NULL) { printf("malloc is fail\n"); exit(-1); } newnode->data = x; newnode->next = NULL; if (pq->tail == NULL) { pq->head = pq->tail = newnode; } else { pq->tail->next = newnode; pq->tail = newnode; } } //队头出队列 void QueuePop(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head); QNode* cur = pq->head->next; if (cur == NULL) { free(pq->head); pq->head = pq->tail = NULL; } else { free(pq->head); pq->head = cur; } } //取队头的数据 Datatype QueueFront(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head); return pq->head->data; } //取队尾的数据 Datatype QueueBack(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head); return pq->tail->data; } //计算数据的个数 int Queuesize(Queue* pq) { assert(pq); int size = 0; QNode* cur = pq->head; while (cur) { cur = cur->next; size++; } return size; } //判空 bool QueueEmpty(Queue* pq) { assert(pq); return pq->head == NULL; }
下面我们来测试一下上面的代码：
#include <stdio.h> #include "Queue.h" int main() { Queue q; QueueInit(&q); QueuePush(&q, 1); QueuePush(&q, 2); QueuePush(&q, 3); printf("%d ", QueueFront(&q)); QueuePop(&q); printf("%d ", QueueFront(&q)); QueuePop(&q); printf("\n"); QueuePush(&q, 4); QueuePush(&q, 4); QueuePush(&q, 4); printf("Size:%d\n", Queuesize(&q)); while (!QueueEmpty(&q)) { printf("%d ", QueueFront(&q)); QueuePop(&q); } printf("\n"); QueueDestory(&q); return 0; }
运行结果如下：
五、总结
栈和队列独特的结构特性使其在实际应用中具有非常大的作用。栈和队列的引入去除了普通顺序表和链表的复杂细节，使人们使用起来更加方便。
现在的许多高级语言，比如C++, java等都有对栈结构和队列结构的封装，可以直接使用，不需要自己实现，大大提高了效率。
