【数据结构】栈和队列---C语言版

栈和队列

  • 一、栈的概念
  • 二、栈的实现
  • 三、栈的应用
  • 四、队列的概念
  • 五、队列的实现

一、栈的概念

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。
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。
在这里插入图片描述

二、栈的实现

1.头文件：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#pragma once
#include<stdbool.h>
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>typedef int STDataType;struct Stack
{STDataType* a;int top;//栈顶，top指向最后一个数据的下一个位置int capacity;//容量，方便增容
};typedef struct Stack Stack;//初始化
void StackInit(Stack* pst);//销毁
void StackDestroy(Stack* pst);//栈顶插入元素
void StackPush(Stack* pst, STDataType x);//栈顶删除元素
void StackPop(Stack* pst);//取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst);//判断栈空
bool StackEmpty(Stack* pst);//求栈元素个数
int StackSize(Stack* pst);

2.源文件：

#include "039-Stack.h"//初始化
void StackInit(Stack* pst)
{assert(pst);pst->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);pst->top = 0;pst->capacity = 4;
}//销毁
void StackDestroy(Stack* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->capacity = pst->top = 0;
}//插入元素
void StackPush(Stack* pst, STDataType x)
{assert(pst);if (pst->top == pst->capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * pst->capacity * 2);if (tmp == NULL){printf("realloc fail\n");exit(-1);}pst->a = tmp;pst->capacity *= 2;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}//删除元素
void StackPop(Stack* pst)
{assert(pst);assert(!StackEmpty(pst));pst->top--;
}//返回栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst)
{assert(pst);assert(!StackEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];
}//判断栈是否已满，空返回1，非空返回0
bool StackEmpty(Stack* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}//求栈中元素个数
int StackSize(Stack* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}

3.测试文件：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#include "039-Stack.h"void TestStack()
{Stack st;StackInit(&st);StackPush(&st, 1);StackPush(&st, 2);StackPush(&st, 3);while (!StackEmpty(&st)){printf("%d ", StackTop(&st));StackPop(&st);}StackDestroy(&st);}
int main()
{TestStack();return 0;
}

三、栈的应用

1.有效的括号：链接

分析：

（1）将栈的实现可以直接copy进去（返回栈顶元素需要做小小的改动：如果栈为空，不能直接assert断言终止，而要返回’\0’），后面只需要实现括号的匹配即可。

（2）如何实现括号匹配？如果是左括号，那么入栈，如果是右括号就判断栈顶元素该右括号是否能够匹配，如果可以就从栈里弹出一个左括号，如果不匹配就直接返回false。

char pairs(char a) {if (a == '}') return '{';if (a == ']') return '[';if (a == ')') return '(';return 0;
}bool isValid(char* s) {int n = strlen(s);if (n % 2 == 1) {return false;}int stk[n + 1], top = 0;for (int i = 0; i < n; i++) {char ch = pairs(s[i]);if (ch) {if (top == 0 || stk[top - 1] != ch) {return false;}top--;} else {stk[top++] = s[i];}}return top == 0;
}

四、队列的概念

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
在这里插入图片描述

五、队列的实现

1.头文件：

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType data;
}QueueNode;typedef struct Queue
{QueueNode* head;QueueNode* tail;
}Queue;//初始化
void QueueInit(Queue* pq);//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);//插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//删除数据
void QueuePop(Queue* pq);//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);//取队尾数据
QDataType QueueRear(Queue* pq);//判断队是否已满
bool QueueEmpty(Queue* pq);//求队列元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

2.源文件：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#include "040-Queue.h"//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{pq->head = pq->tail = NULL;
}//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{QueueNode* cur = pq->head;while (cur){QueueNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;
}//插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));if (newNode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newNode->data = x;newNode->next = NULL;//插入一个数据，尾指针+1，当尾指针为空时，队列为空if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newNode;}else{pq->tail->next = newNode;pq->tail = newNode;}
}//删除数据
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QueueNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}
}//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;
}//取队尾数据
QDataType QueueRear(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->tail->data;
}//判断队是否已满
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}//求队列元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{int size = 0;QueueNode* cur = pq->head;while (cur){size++;cur = cur->next;}return size;}

3.测试文件：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#include"040-Queue.h"
void TestQueue()
{Queue q;QueueInit(&q);QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 2);printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);QueuePush(&q, 3);QueuePush(&q, 4);while (!QueueEmpty(&q)){printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);}printf("\n");QueueDestroy(&q);
}int main()
{TestQueue();
}

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