【数据结构】-- 栈和队列

简介: 【数据结构】-- 栈和队列


引入

介绍

: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。

为什么栈用顺序表而不用数组?

由于栈只用在同一端进行插入和删除,因此我们优先选择使用顺序表,因为在顺序表的末尾插入和删除的时间复杂度都是O(1),并且操作简单

栈的实现

stack.h:结构体,栈的声明与定义

typedef int STDatatype;
typedef struct stack
{
  STDatatype* a;
  int top;        //栈顶
  int capacity;   //容量
}ST;
 
//栈的初始化
void STInit(ST* ps);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps);
//压入
void STPush(ST* ps, STDatatype x);
//弹出/出栈
void STPop(ST* ps);
//取栈顶元素
STDatatype STTPop(ST* ps);
//栈的大小
int STSize(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

stack.c:栈的具体实现代码

栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
  assert(ps);
 
  ps->a = NULL;
  ps->top = 0;
  ps->capacity = 0;
}
压入
void STPush(ST* ps, STDatatype x)
{
  assert(ps);
 
    //如果栈顶 = 容量,满了
  if (ps->top == ps->capacity)
  {
        //扩容
    int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
    STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDatatype));
    if (tmp == NULL)
    {
      perror("realloc");
      return;
    }
    //赋值
    ps->a = tmp;
    ps->capacity = newcapacity;
  }
  //新数据给值
  ps->a[ps->top] = x;
  ps->top++;
}
弹出
void STPop(ST* ps)
{
  assert(ps);
  //判断栈是否为空
  assert(!STEmpty(ps));
 
  //栈顶元素删除
  ps->top--;
}
取栈顶元素
STDatatype STTPop(ST* ps)
{
  assert(ps);
  //判断栈是否为空
  assert(!STEmpty(ps));
 
  return ps->a[ps->top - 1];//栈顶元素下标
}
栈的大小
int STSize(ST* ps)
{
  assert(ps);
 
  return ps->top;
}
判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
  assert(ps);
 
    //为空返回True,不为空返回False
  return ps->top == 0;
}
栈的销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
    //判断穿的指针是否有效
  assert(ps);
 
    //先释放,后置空
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->top = ps->capacity = 0;
}

Test.c:栈的测试

int main()
{
  ST st;
    //初始化
  STInit(&st);
 
    //压入
  STPush(&st, 1);//1
  STPush(&st, 2);//1 2 
  STPush(&st, 3);//1 2 3 
  STPush(&st, 4);//1 2 3 4
  
    //取栈顶元素
  int top = STTPop(&st);//4
  //printf("%d ", top);//4
  
    //弹出
  STPop(&st);//1 2 3
 
    //压入
  STPush(&st, 5);//1 2 3 5 
  STPush(&st, 6);//1 2 3 5 6
 
  while (!STEmpty(&st))//栈不为空
  {
    int top = STTPop(&st);//6 5 3 2 1
    printf("%d ", top);   //6 5 3 2 1
    STPop(&st);
  }
  
    //摧毁
  STDestroy(&st);
  return 0;
}


队列


引入

介绍

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

为什么队列选择链表而不用数组?

由于队列需要在队列两端进行插入或删除,因此我们优先选择链表来进行实现。当然使用数组实现也可以,只是数组在头部插入和删除元素需要O(n)的时间复杂度,因此选择链表更优。

队列实现

Queue.h:结构体,队列的声明和定义

#pragma once
 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
 
typedef int QueDatatype;
typedef struct QueueNode
{
  int val;
  struct QueueNode* next;
}QNode;
 
typedef struct Queue
{
  QNode* phead;
  QNode* ptail;
  int size;
}Que;
 
//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);
 
// 队尾入队列
void QueuePush(Que* pq, QueDatatype x);
// 队头出队列
void QueuePop(Que* pq);
//获取队列头部元素
QueDatatype QueueFront(Que* pq);
//获取队列尾部元素
QueDatatype QueueBack(Que* pq);
//判断队列中有效元素
bool QueueEmpty(Que* pq);
//队列中有效元素个数
int QueueSize(Que* pq);

Queue.c:队列函数具体实现

队列初始化
void QueueInit(Que* pq)
{
  assert(pq);
 
    //一开始队列为空
  pq->phead = NULL;
  pq->ptail = NULL;
  pq->size = 0;     //队列大小
}
队尾入队列(数据)
void QueuePush(Que* pq, QueDatatype x)
{
  assert(pq);
 
    //扩容
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc");
    return;
  }
    //给值
  newnode->val = x;
  newnode->next = NULL;
 
  //队列不止一个元素
  if (pq->ptail)
  {
    pq->ptail->next = newnode;
    pq->ptail = newnode;
  }
  //队列只有一个元素
  else
  {
    pq->phead = pq->ptail = newnode;
  }
 
  pq->size++;
}
队头出队列(数据)
void QueuePop(Que* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->phead);
 
  //队列中不止一个元素
  if (pq->phead->next == NULL)
  {
    free(pq->phead);
    pq->phead = pq->ptail = NULL;
  }
  //队列中只有一个元素
  else
  {
        //先记录队头的下一个元素
    QNode* next = pq->phead->next;
    free(pq->phead);
    pq->phead = next;
  }
 
  pq->size--;
}
获取队列头部元素
QueDatatype QueueFront(Que* pq)
{
  assert(pq);
    //判断队列是否为空
  assert(pq->phead);
 
  return pq->phead->val;
}
获取队列尾部元素
QueDatatype QueueBack(Que* pq)
{
  assert(pq);
    //判断队列是否为空
  assert(pq->ptail);
 
  return pq->ptail->val;
}
判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
  assert(pq);
 
    //为空返回True,不为空返回False
  return pq->size == 0;
}
队列中有效元素个数
int QueueSize(Que* pq)
{
  assert(pq);
 
  return pq->size;//队列大小
}
队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq)
{
  assert(pq);
 
  QNode* cur = pq->phead;
 
    //依次释放节点
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
    //置为空
  pq->phead = pq->ptail = NULL;
  pq->size = 0;
}

Test.c:队列的测试

#include"Queue.h"
 
int main()
{
  Que q;
  //初始化
  QueueInit(&q);
 
  //队尾进入队列
  QueuePush(&q, 1);//1
  QueuePush(&q, 2);//1 2
  QueuePush(&q, 3);//1 2 3
  QueuePush(&q, 4);//1 2 3 4
 
  printf("%d ", QueueFront(&q));//1
  printf("%d ", QueueBack(&q));//4
 
  //对头出队列
  QueuePop(&q);//2 3 4
 
  printf("%d ", QueueFront(&q));//2
  printf("%d ", QueueBack(&q));//4
 
  printf("%d", QueueSize(&q));//3
 
 
  //while (!QueueEmpty(&q))
  //{
  //  printf("%d ", QueueFront(&q));
  //  QueuePop(&q);
  //}
 
    //销毁
  QueueDestroy(&q);
  return 0;
}
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