《数据结构》栈,队列,双向链表

目录

栈

栈概念

顺序栈

链式栈（链表实现）

顺序栈和链式栈的区别是什么？

队列

队列概念

顺序队列

链式队列

双向链表

栈

栈概念

  • 什么是栈？

只能在一端进行插入和删除数据的线性表(称为栈)，把能进行插入和删除的这一端叫栈顶，另一端成为栈底。实现栈可以用顺序表实现(顺序栈)，也可以用链表实现(链式栈)。

  • 栈的特点

先进后出：first in last out FILO

后进先出：last in first out LIFO

顺序栈

  • 逻辑结构：线性结构
  • 存储结构：顺序存储
  • 定义一个结构体描述顺序栈的信息
typedef  int   datatype_t;
typedef struct
{datatypde_t *data;	//保存栈的地址(数组)int  top;			//保存栈顶数据的下标int  len;			//栈的大小
}seqstack_t,*seqstack_p;
栈的常用操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef int datatype_t;
typedef struct {datatype_t *data;   // 保存栈的地址(数组)int top;            // 保存栈顶数据的下标int len;            // 栈的大小
} seqstack_t, *seqstack_p;// 1. 创建一个空栈
seqstack_p createStack(int size) {seqstack_p stack = (seqstack_p)malloc(sizeof(seqstack_t));if (stack == NULL) {printf("Failed to allocate memory for stack.\n");return NULL;}stack->data = (datatype_t*)malloc(size * sizeof(datatype_t));if (stack->data == NULL) {printf("Failed to allocate memory for stack data.\n");free(stack);return NULL;}stack->top = -1;stack->len = size;return stack;
}// 2. 入栈
int push(seqstack_p stack, datatype_t value) {if (stack->top == stack->len - 1) {printf("Stack is full. Cannot push %d.\n", value);return 0;}stack->top++;stack->data[stack->top] = value;return 1;
}// 3. 判断栈是否满
int isFull(seqstack_p stack) {return stack->top == stack->len - 1;
}// 4. 出栈
int pop(seqstack_p stack, datatype_t *value) {if (stack->top == -1) {printf("Stack is empty. Cannot pop.\n");return 0;}*value = stack->data[stack->top];stack->top--;return 1;
}// 5. 判断栈是否为空
int isEmpty(seqstack_p stack) {return stack->top == -1;
}// 6. 求栈的长度
int stackLength(seqstack_p stack) {return stack->top + 1;
}// 7. 获取栈顶的值
int getTop(seqstack_p stack, datatype_t *value) {if (stack->top == -1) {printf("Stack is empty. Cannot get top value.\n");return 0;}*value = stack->data[stack->top];return 1;
}int main() {int size = 5;seqstack_p stack = createStack(size);if (stack == NULL) {return 1;}push(stack, 1);push(stack, 2);push(stack, 3);int topValue;if (getTop(stack, &topValue)) {printf("Top value: %d\n", topValue);}printf("Stack length: %d\n", stackLength(stack));while (!isEmpty(stack)) {int value;pop(stack, &value);printf("Pop value: %d\n", value);}free(stack->data);free(stack);return 0;
}

链式栈（链表实现）

  • 逻辑结构：线性结构
  • 存储结构：链式存储
  • 定义节点结构
typedef int datatype_t;
typedef struct node_t
{datatype_t data;		//数据struct node_t *next;	//节点
}linkstack_t,*linkstack_p;
  • 链式栈的操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef int datatype_t;
typedef struct node_t {datatype_t data;struct node_t* next;
} linkstack_t, *linkstack_p;// 1. 创建一个空的栈
linkstack_p createStack() {linkstack_p stack = (linkstack_p)malloc(sizeof(linkstack_t));if (stack == NULL) {printf("Failed to allocate memory for stack.\n");return NULL;}stack->next = NULL;return stack;
}// 2. 入栈
void push(linkstack_p stack, datatype_t value) {linkstack_p newNode = (linkstack_p)malloc(sizeof(linkstack_t));if (newNode == NULL) {printf("Failed to allocate memory for new node.\n");return;}newNode->data = value;newNode->next = stack->next;stack->next = newNode;
}// 3. 判断栈是否为空
int isEmpty(linkstack_p stack) {return stack->next == NULL;
}// 4. 出栈
datatype_t pop(linkstack_p stack) {if (isEmpty(stack)) {printf("Stack is empty. Cannot pop.\n");return NULL;}linkstack_p temp = stack->next;datatype_t value = temp->data;stack->next = temp->next;free(temp);return value;
}// 5. 清空栈
void clearStack(linkstack_p stack) {while (!isEmpty(stack)) {pop(stack);}
}// 6. 求栈的长度
int stackLength(linkstack_p stack) {int count = 0;linkstack_p p = stack->next;while (p != NULL) {count++;p = p->next;}return count;
}// 7. 获取栈顶的值
datatype_t getTop(linkstack_p stack) {if (isEmpty(stack)) {printf("Stack is empty. Cannot get top value.\n");return NULL;}return stack->next->data;
}int main() {linkstack_p stack = createStack();push(stack, 1);push(stack, 2);push(stack, 3);printf("Stack length: %d\n", stackLength(stack));datatype_t topValue = getTop(stack);printf("Top value: %d\n", topValue);while (!isEmpty(stack)) {datatype_t value = pop(stack);printf("Pop value: %d\n", value);}clearStack(stack);free(stack);return 0;
}

顺序栈和链式栈的区别是什么？

（1）顺序栈的存储结构是顺序存储，链式栈的存储结构是链式存储

（2）顺序栈的长度受限制，而链栈不会

队列

队列概念

  • 什么是队列？

只允许在两端进行插入和删除操作的线性表，在队尾插入，插入数据的这一端，被称为"队尾"，删除的一端被称为"队头"。实现队列的方式有两种：顺序队列 链式队列

  • 队列特点

先进先出、后进后出 FIFO LILO

顺序队列

  • 逻辑结构：线性结构
  • 存储结构：顺序结构
  • 定义顺序队列的结构体
#define N 6
typedef int  datatype_t;
typedef struct 
{datatype_t  data[N];//顺序表定义的队int front;			//队头下标int  rear;			//队尾下标
}sequeue_t;  
顺序队列基础操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#define N 6
typedef int datatype_t;
typedef struct {datatype_t data[N]; // 顺序表定义的队int front; 			// 队头下标int rear; 			// 队尾下标
} sequeue_t;// 1. 创建一个空的顺序队列
sequeue_t* createQueue() {sequeue_t* queue = (sequeue_t*)malloc(sizeof(sequeue_t));if (queue == NULL) {printf("Failed to allocate memory for queue.\n");return NULL;}queue->front = 0;queue->rear = 0;return queue;
}// 2. 入队
void enqueue(sequeue_t* queue, datatype_t value) {if ((queue->rear + 1) % N == queue->front) {	printf("Queue is full. Cannot enqueue.\n");return;}queue->data[queue->rear] = value;queue->rear = (queue->rear + 1) % N;
}// 3. 判断队列是否满
int isFull(sequeue_t* queue) {return (queue->rear + 1) % N == queue->front;
}// 4. 出队
datatype_t dequeue(sequeue_t* queue) {if (queue->front == queue->rear) {printf("Queue is empty. Cannot dequeue.\n");return NULL;}datatype_t value = queue->data[queue->front];queue->front = (queue->front + 1) % N;return value;
}// 5. 判断队列是否为空
int isEmpty(sequeue_t* queue) {return queue->front == queue->rear;
}// 6. 计算队列的长度
int queueLength(sequeue_t* queue) {return (queue->rear - queue->front + N) % N;
}// 7. 清空队列
void clearQueue(sequeue_t* queue) {queue->front = queue->rear;
}int main() {sequeue_t* queue = createQueue();enqueue(queue, 1);enqueue(queue, 2);enqueue(queue, 3);printf("Queue length: %d\n", queueLength(queue));while (!isEmpty(queue)) {datatype_t value = dequeue(queue);printf("Dequeued value: %d\n", value);}if (isEmpty(queue)) {printf("Queue is empty.\n");}clearQueue(queue);free(queue);return 0;
}

链式队列

  • 逻辑结构：线性结构
  • 存储结构：链式存储
  • 定义节点结构体
typedef   int  datatype;
typedef struct  node_t
{datatype data;	//数据域struct node_t *next;
}link_t;//保存头尾节点地址结构体：
typedef struct
{link_t *front;	//头指针link_t *rear;	//尾指针int len;		//保存队列的长度(个数)
}queue_t;
  • 链式队列的操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef int datatype;typedef struct node_t {datatype data;          // 数据域struct node_t *next;    // 指向下一个节点的指针
} link_t;typedef struct {link_t *front;          // 头指针link_t *rear;           // 尾指针int len;                // 队列长度
} queue_t;// 创建空队列
void createQueue(queue_t *queue) {queue->front = NULL;queue->rear = NULL;queue->len = 0;
}// 入队
void enqueue(queue_t *queue, datatype data) {link_t *newNode = (link_t*)malloc(sizeof(link_t));newNode->data = data;newNode->next = NULL;if (queue->rear == NULL) {queue->front = newNode;queue->rear = newNode;} else {queue->rear->next = newNode;queue->rear = newNode;}queue->len++;
}// 出队
datatype dequeue(queue_t *queue) {if (queue->front == NULL) {printf("Queue is empty.\n");return -1; // 用-1表示队列为空的情况}link_t *temp = queue->front;datatype data = temp->data;queue->front = queue->front->next;free(temp);if (queue->front == NULL) {queue->rear = NULL;}queue->len--;return data;
}// 判断队列是否为空
int isQueueEmpty(queue_t *queue) {return (queue->front == NULL);
}// 清空队列
void clearQueue(queue_t *queue) {while (queue->front != NULL) {link_t *temp = queue->front;queue->front = queue->front->next;free(temp);}queue->rear = NULL;queue->len = 0;
}// 计算队列的长度
int getQueueLength(queue_t *queue) {return queue->len;
}int main() {queue_t queue;createQueue(&queue);// 测试入队enqueue(&queue, 10);enqueue(&queue, 20);enqueue(&queue, 30);// 测试出队printf("Dequeued element: %d\n", dequeue(&queue));// 测试判断队列是否为空if (isQueueEmpty(&queue)) {printf("Queue is empty.\n");} else {printf("Queue is not empty.\n");}// 测试清空队列clearQueue(&queue);// 测试计算队列的长度printf("Queue length: %d\n", getQueueLength(&queue));return 0;
}

双向链表

  • 逻辑结构：线性结构
  • 存储结构：链式存储
  • 保存数据的结构体
typede int  datatype;typedef struct node_t
{datatype data;			//数据域struct node_t *prior;	//保存前一个节点的地址struct node_t *next;	//保存后一个节点地址
}link_t;//用于保存双向链表信息的结构体：
typedef struct
{link_t *head;	//保存头节点地址link_t *tail；	//保存尾节点的地址int len;		//保存双向链表的长度
}double_t;
  • 双向链表的操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef int datatype;typedef struct node_t {datatype data;          // 数据域struct node_t *prior;   // 前一个节点的指针struct node_t *next;    // 后一个节点的指针
} link_t;typedef struct {link_t *head;           // 头节点的指针link_t *tail;           // 尾节点的指针int len;                // 双向链表的长度
} double_t;// 创建一个空的双向链表
void createDoubleList(double_t *list) {list->head = NULL;list->tail = NULL;list->len = 0;
}// 向双向链表的指定位置插入数据
void insertData(double_t *list, int pos, datatype data) {if (pos < 0 || pos > list->len) {printf("Invalid position.\n");return;}link_t *newNode = (link_t*)malloc(sizeof(link_t));newNode->data = data;if (pos == 0) {newNode->prior = NULL;newNode->next = list->head;if (list->head != NULL) {list->head->prior = newNode;}list->head = newNode;if (list->tail == NULL) {list->tail = newNode;}} else if (pos == list->len) {newNode->prior = list->tail;newNode->next = NULL;if (list->tail != NULL) {list->tail->next = newNode;}list->tail = newNode;} else {link_t *current = list->head;int i = 0;while (i < pos) {current = current->next;i++;}newNode->prior = current->prior;newNode->next = current;current->prior->next = newNode;current->prior = newNode;}list->len++;
}// 遍历双向链表
void traverseList(double_t *list) {link_t *current = list->head;while (current != NULL) {printf("%d ", current->data);current = current->next;}printf("\n");
}// 删除双向链表指定位置的数据
void deleteData(double_t *list, int pos) {if (pos < 0 || pos >= list->len) {printf("Invalid position.\n");return;}link_t *current = list->head;if (pos == 0) {list->head = current->next;if (list->head != NULL) {list->head->prior = NULL;}if (list->tail == current) {list->tail = NULL;}} else if (pos == list->len - 1) {current = list->tail;list->tail = current->prior;list->tail->next = NULL;} else {int i = 0;while (i < pos) {current = current->next;i++;}current->prior->next = current->next;current->next->prior = current->prior;}free(current);list->len--;
}// 判断双向链表是否为空
int isDoubleListEmpty(double_t *list) {return (list->head == NULL);
}// 求双向链表的长度
int getDoubleListLength(double_t *list) {return list->len;
}// 查找指定数据出现的位置
int findDataPosition(double_t *list, datatype data) {link_t *current = list->head;int pos = 0;while (current != NULL) {if (current->data == data) {return pos;}current = current->next;pos++;}return -1; // 表示未找到数据
}// 修改指定位置的数据
void modifyData(double_t *list, int pos, datatype newData) {if (pos < 0 || pos >= list->len) {printf("Invalid position.\n");return;}link_t *current = list->head;int i = 0;while (i < pos) {current = current->next;i++;}current->data = newData;
}// 删除双向链表中的指定数据
void deleteDataByValue(double_t *list, datatype data) {int pos = findDataPosition(list, data);if (pos != -1) {deleteData(list, pos);} else {printf("Data not found.\n");}
}// 转置双向链表
void reverseList(double_t *list) {if (list->len <= 1) {return;}link_t *current = list->head;link_t *temp = NULL;while (current != NULL) {temp = current->prior;current->prior = current->next;current->next = temp;current = current->prior;}temp = list->head;list->head = list->tail;list->tail = temp;
}int main() {double_t list;createDoubleList(&list);// 测试向双向链表的指定位置插入数据insertData(&list, 0, 10);insertData(&list, 1, 20);insertData(&list, 2, 30);// 测试遍历双向链表traverseList(&list);// 测试删除双向链表指定位置的数据deleteData(&list, 1);// 测试判断双向链表是否为空if (isDoubleListEmpty(&list)) {printf("Double linked list is empty.\n");} else {printf("Double linked list is not empty.\n");}// 测试求双向链表的长度printf("Double linked list length: %d\n", getDoubleListLength(&list));// 测试查找指定数据出现的位置int pos = findDataPosition(&list, 20);if (pos != -1) {printf("Data found at position: %d\n", pos);} else {printf("Data not found.\n");}// 测试修改指定位置的数据modifyData(&list, 0, 50);// 测试删除双向链表中的指定数据deleteDataByValue(&list, 30);// 测试转置双向链表reverseList(&list);// 再次遍历双向链表traverseList(&list);return 0;
}

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