【数据结构】栈和队列的实现-创新互联

1.栈 1.1栈的概念及结构

栈：一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。

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进行数据插入和删除的一端称为栈顶，另一端称为栈底。

栈中的元素遵循后进先出的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，在栈顶进行操作。

出栈：栈的删除操作叫做出栈，出栈操作同样在栈顶进行。

1.2栈的实现 

栈的实现一般可以使用数组或者链表，相对而言数组的结构更优一些，因为数组代价比较小。

从上图可以看出，相对于单向不带头非循环链表而言，数组在进行尾插和尾删的时候可以直接使用下标进行操作，所以我们在实现栈的时候使用的是动态开辟的数组。

// 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;

1.2.1初始化栈

void StackInit(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    ps->a == NULL;
    ps->capacity = ps->top = 0;
}

1.2.2入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

1.2.3判断栈是否为空 

// 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 StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

1.2.4出栈

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

1.2.5获取栈顶元素

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
}

1.2.6获取栈中数据的有效个数

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

1.2.7销毁栈

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

2.队列 2.1队列的概念及结构

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。

队列具有先进先出的特点，进行插入操作的一端称为队尾，进行删除操作的一端是队头。

2.2队列的实现

队列也可以使用数组和链表结构实现，使用链表的结构更优，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率降低。

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	//int size;
	QNode* head;//指向队列的头节点
	QNode* tail;//指向队列的尾节点
}Queue;

2.2.1队列的初始化和销毁

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->head = NULL;
	q->tail = NULL;
}
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;//先保存next  否则释放后无法访问后面的空间
		free(cur);
		cur = next;
	}

	q->head = q->tail = NULL;
}

2.2.1队尾入数据

void QueuePush(Queue* q, QDataType x)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (q->head == NULL)//队列中没有数据
		q->head = q->tail = newnode;
	else//队列中有数据
	{
		q->tail->next = newnode;
		//更新q->tail
		q->tail = newnode;
	}
}

2.2.3队头出数据

void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	if (q->head == q->tail)//队列只有一个数据
	{
		free(q->head);
		q->head = q->tail = NULL;
	}
	else//队列中不止一个数据
	{
		QNode* next = q->head->next;
		free(q->head);
		q->head = next;
	}
}

2.3.4获取队头和队尾的数据

//获取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	return q->head->data;
}
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	return q->tail->data;
}

2.3.5获取队列中元素个数

int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->head;
	int count = 0;
	while (cur)
	{
		count++;
		cur = cur->next;
	}
	return count;
}

2.3.6判断队列是否为空

// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);
	return q->head == NULL;//或者使用q->tail == NULL
}

栈和队列的实现到这里就结束了，想要了解更多数据结构和C++方向的内容，那就点个关注吧，后面会继续更新数据结构和C++方向的内容。

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