【数据结构】栈和队列
- 一: 栈
- 1.栈的概念及和结构
- 2. 栈的实用
- 3. 栈接口实现
- 二: 队列
- 1. 队列的概念和结构
- 2. 队列的实用
- 3. 队列接口实现
- 三:扩展
一: 栈
1.栈的概念及和结构
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。
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。
2. 栈的实用
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。
3. 栈接口实现
Stach.h:
// 下面是定长的静态栈的结构,实际中一般不实用,所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{STDataType _a[N];int _top; // 栈顶
}Stack;// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* _a;int _top; // 栈顶int _capacity; // 容量
}Stack;
// 初始化栈
void StInit(Stack* ps);
// 入栈
void StPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈
void StPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType StTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StSize(Stack* ps);
// 检测栈是否为空,如果为空返回非零结果,如果不为空返回0
int StEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈
void StDestroy(Stack* ps)
Stack.c:
#include "Stack.h"void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;//top指向栈顶元素的下一个位置
}void STDestory(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}void STPush(ST* ps, STDateType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDateType* tmp = (STDateType*)realloc(ps->a,sizeof(STDateType) * newCapacity);if (tmp == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}//创建成功ps->a = tmp;ps->capacity = newCapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);ps->top--;
}STDateType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}int STSize(ST* ps)
{return ps->top;
}bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}
二: 队列
1. 队列的概念和结构
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 In First Out)的原则。
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. 队列的实用
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。
3. 队列接口实现
Queue.h:
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType data;
}QNode;//为了解决传二级指针的问题,有两种方法
//第一种是传哨兵位,另一种就是如下在封装一个结构体
typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;int size;
}Que;// 初始化队列
void QueueInit(Que* pq);
// 队尾入队列
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
// 队头出队列
void QueuePop(Que* pq);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Que* pq);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Que* pq);
// 检测队列是否为空,如果为空返回1,如果非空返回0
bool QueueEmpty(Que* pq);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Que* pq);
Queue.c:
#include "Stack.h"void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;//top指向栈顶元素的下一个位置
}void STDestory(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}void STPush(ST* ps, STDateType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDateType* tmp = (STDateType*)realloc(ps->a,sizeof(STDateType) * newCapacity);if (tmp == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}//创建成功ps->a = tmp;ps->capacity = newCapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);ps->top--;
}STDateType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}int STSize(ST* ps)
{return ps->top;
}bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}
三:扩展
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。