学习目标：
这一篇博客将学习栈和队列的相关知识，栈和队列是两种基础的数据结构，在现在一定要打好基础，在之后的学习生涯中，也常常遇见，例如：深度优先搜索（DFS）广度优先搜索（BFS）……今天要学习栈和队列的模拟实现：用数组模拟实现栈，用单链表模拟实现队列，用数组模拟实现队列。
学习内容：
通过上面的学习目标，我们可以列出要学习的内容：
- 用数组模拟实现栈
- 用数组模拟实现队列
- 用单链表模拟实现队列
一、栈的相关知识
1.1 栈的概念及结构
下面先来一段大白话，在介绍栈的文章中都会出现的。
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（类似于尾插尾删）。我们先来介绍两个概念——栈顶与栈底：进行数据插入和删除操作的一端为栈顶，而另一端为栈底。高大上一点的叫法是：栈中的元素遵守后进先出LIFO(Last In First Out)的原则。
下面，我们在来介绍两个操作——圧栈与入栈：
- 压栈：栈的插入操作是进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶；
- 出栈：栈的删除操作是出栈，出数据在栈顶。
1.2 栈的实现
现在，我们学习了两个数据结构：顺序表与链表，到底用哪个数据结构实现栈比较好呢？在这里我们选用数组来模拟实现栈。
为什么我们要用数组模拟实现栈会更好一些？
栈的两个操作无疑就是尾插与尾删，这两个操作在数组中都比较容易实现（相对于链表），而且数组存储的数据内容比较集中，CPU高速缓存命中率高，尽可能小地不污染缓存区，所以用数组模拟实现比较好一些。
在现实生活中，我们一般要实现能够进行动态增长的栈，而不是静态的栈（比较死板，在实际应用中不常见）。虽然，静态的栈在实际生活中不常见，但是在算法题目中还是可以进行使用，而且在算法题中，我们不用考虑内存泄漏问题hh。下面来实现吧！
代码一：实现动态的栈
第一步，我们先来定义要使用的头文件：
#include <stdio.h> //必须要包含的头文件 #include <assert.h> //要使用assert进行断言，防止出现一下不好的情况发生 #include <stdbool.h> //在C语言中，没有提供bool变量 #include <stdlib.h> //使用一些申请内存空间的函数
第二步，我们要让主角登场，构造栈的结构体：
typedef int StDatatype; // 为了方便以后更改数组中的数据类型 typedef struct stack { StDatatype* a; // 一个动态空间 int top; // 表示栈的栈顶 int capacity; // 表示栈现在有多少空间 }ST;
第三步，我们要定义一些我们要实现栈功能的一些函数：栈的初始化（定义一个结构，一定要初始化成员变量）、栈的销毁、栈的插入操作、栈的删除操作、查看栈的栈顶元素、查看栈的大小、查看栈是否为空
//栈的初始化 void stackinit(ST* stk); //栈的插入操作 void stackpush(ST* stk, StDatatype x); //栈的删除操作 void stackpop(ST* stk); //返回栈的栈顶元素 StDatatype stacktop(ST* stk); //判断栈是否为空 bool stackempty(ST* stk); //返回栈的大小 int stacksize(ST* stk); //销毁栈 void stackdestroy(ST* stk);
栈的初始化操作：
void stackinit(ST* stk) { assert(stk); //防止传空指针 //有两个方式进行初始化 //法1 stk->a = NULL; stk->capacity = 0; stk->top = 0; //如果这里指向0，top表示的是栈的大小 } //法2 void stackinit(ST* stk) { assert(stk); stk->a = NULL; stk->capacity = 0; stk->top = -1; //如果这里指向-1，top表示的是栈顶元素的下标 }
栈的销毁操作：
void stackdestroy(ST* stk) { assert(stk); free(stk->a); stk->a = NULL; // 别忘记置空，防止野指针出现 free(stk); stk = NULL; } // 因为栈所使用的是数组，所以直接销毁即可
栈的插入操作：
void stackpush(ST* stk, StDatatype x) { assert(stk); //因为我们在这里的栈的空间是没有创建的 if (stk->capacity == stk->top) { int newcapacity = stk->capacity == 0 ? 4 : stk->capacity * 2; StDatatype* tmp = (StDatatype*)realloc(stk->a, newcapacity * sizeof(StDatatype)); if (tmp == NULL) { perror(tmp); return; } stk->a = tmp; stk->capacity = newcapacity; } //插入操作相当于尾插 stk->a[stk->top] = x; stk->top++; // 别忘了栈顶要加1 }
栈的删除操作：
void stackpop(ST* stk) { assert(stk); assert(stk->top > 0); stk->top--; }
返回栈的栈顶元素：
StDatatype stacktop(ST* stk) { assert(stk); assert(stk->top > 0); return stk->a[stk->top - 1]; // top == 0 //return stk->a[stk->top]; // top == -1 }
判断栈是否为空：
bool stackempty(ST* stk) { // 第一种写法： assert(stk); if (stk->top == 0) { return true; } return false; // 第二种写法： //return stk->top == 0; }
返回栈的大小：
int stacksize(ST* stk) { assert(stk); return stk->top; // top == 0 //return stk->top + 1; // top == -1 }
代码二：实现静态的栈
struct my_stack { int a[10]; int size; int capacity; }
二、队列的相关知识
2.1 队列的概念及结构
队列在日常生活中无处不在，排队就是一种典型的队列。对此，我们大致可以得知：队列是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，队列具有先进先出的性质。和栈一样，队列具有两个基本操作——入队和出队：
入队：进行插入操作的一端称为队尾；
出队：进行删除操作的一端称为队头。
2.2 队列的实现
与实现栈类似，我们先来讨论一下使用哪种数据结构方便一些？是使用顺序表呢，还是使用链表呢？是使用单链表呢还是使用双向链表？
分析一下队列的插入和删除操作，发现插入操作是尾插，而删除操作是头删。在实现顺序表和链表时，对于头删操作来说，链表更为简单，而顺序表需要进行移动数据，效率较低。因此，我们使用链表来实现操作。
代码一：链表实现队列
第一步，我们还是先将头文件加上：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <stdbool.h> #include <assert.h>
第二步，我们来建立一下队列的数据结构：
typedef int QueDatatype; typedef struct queue { QueDatatype x; struct queue* next; }Queue; //由于要用二级指针，并且我们还有多个成员， //然后就用结构体 typedef struct Qnode { Queue* phead; Queue* ptail; // 存储链表的尾结点，方便于尾插 int size; }Qnode;
第三步，我们来定义一下队列的功能：队列的初始化，队列的销毁，队列的插入操作，队列的删除操作，返回队列的队头元素，返回队列的大小，检查队列是否为空。
//队列初始化 void queueinit(Qnode* qnd); //队列销毁 void queuedestroy(Qnode* qnd); //队列的插入操作 void queuepush(Qnode* qnd, QueDatatype x); //队列的删除操作 void queuepop(Qnode* qnd); //队列的对头元素 QueDatatype queuefront(Qnode* qnd); //队列的大小 int queuesize(Qnode* qnd); //检查队列是否为空 bool quueueempty(Qnode* qnd);
队列的初始化操作：
void queueinit(Qnode* qnd) { assert(qnd); qnd->phead = qnd->ptail = NULL; qnd->size = 0; }
队列的销毁操作：
void queuedestroy(Qnode* qnd) { assert(qnd); //销毁是要从头到尾进行销毁的 Queue* cur = qnd->phead; while (cur) { Queue* del = cur->next; free(cur); cur = del; } // 只有一个结点的情况，会出现一个野指针 qnd->phead = qnd->ptail = NULL; qnd->size = 0; }
队列的插入操作：
void queuepush(Qnode* qnd, QueDatatype x) { assert(qnd); //创建好了结构体，然后进行操作 Queue* tmp = (Queue*)malloc(sizeof(Queue)); //防止创建失败 if (tmp == NULL) { perror(tmp); return; } tmp->x = x; tmp->next = NULL; //将这个新结点链接到链表中 if (qnd->phead == NULL) { qnd->phead = qnd->ptail = tmp; } else { qnd->ptail->next = tmp; qnd->ptail = tmp; } qnd->size++; }
队列的删除操作：
void queuepop(Qnode* qnd) { assert(qnd); //头结点不能为空 assert(qnd->phead); //其次，在只有一个结点的过程中，会出现野指针 Queue* del = qnd->phead; qnd->phead = del->next; free(del); del = NULL; if (qnd->phead == NULL) { qnd->ptail = NULL; } qnd->size--; }
返回队列的队头元素：
QueDatatype queuefront(Qnode* qnd) { assert(qnd); //不能队列为空 assert(qnd->phead); return qnd->phead->x; }
返回队列的大小：
int queuesize(Qnode* qnd) { assert(qnd); return qnd->size; }
检查队列是否为空：
bool quueueempty(Qnode* qnd) { assert(qnd); //if (qnd->phead ==NULL) //{ // return true; //} //return false; return qnd->phead == NULL; }
代码二：数组实现队列
int q[N], hh, tt = -1;
学习产出：
- 用数组模拟实现栈
- 用数组模拟实现队列
- 用单链表模拟实现队列
