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【数据结构】栈和队列（Stack Queue）

news 来源：原创 2024/9/27 1:44:42

引言

在对顺序表，链表有了充分的理解之后，现在让我们学习栈和队列！！！

【链表】 👈链表

【顺序表】👈顺序表

💯栈

1.栈的概念及结构

2.栈的实现

⭐初始化栈

⭐入栈

⭐出栈

⭐获取栈顶元素

⭐获取栈中有效元素个数

⭐检测栈是否为空

⭐销毁栈

✨实现结果

💯队列

1.队列的概念及结构

2.列队的实现

⭐初始化列队

⭐队尾入列队

⭐队尾出列队

⭐获取队列头部元素

⭐获取队列中有效元素个数

⭐检测队列是否为空

⭐销毁列队

✨实现结果

💯栈

1.栈的概念及结构

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。

先进后出 （Last In First Out）

让我们思考下面2道题目，加深对栈的理解：

2.栈的实现

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。

// 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 StackInit(Stack* ps);// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);// 出栈
void StackPop(Stack* ps);// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(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
bool StackEmpty(Stack* ps);// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

⭐初始化栈

typedef int STDateType;
typedef struct Stack
{STDateType* a;int top;int capacity;
}ST;

⭐入栈

void StackPush(ST* p, STDateType x)
{if (p->top == p->capacity){STDateType* temp = (STDateType*)realloc(p->a, p->capacity * 2*sizeof(STDateType));if (temp==NULL){printf("realloc fail\n");exit(-1);}else{p->capacity *= 2;p->a = temp;}}p->a[p->top] = x;p->top++;
}

⭐出栈

void StackPoP(ST* p)
{assert(p);assert(p->top>0);p->top--;
}

⭐获取栈顶元素

STDateType StackTop(ST* p)
{assert(p);assert(p->top > 0);return p->a[p->top - 1];
}

⭐获取栈中有效元素个数

int Size(ST* p)
{return p->top;
}

⭐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

bool StackEmpty(ST* p)
{return p->top == 0;
}

⭐销毁栈

void StackDestory(ST* p)
{assert(p);free(p->a);p->a = NULL;p->capacity = p->top = 0;
}

✨实现结果

int main()
{ST p;StackInit(&p);StackPush(&p, 1);StackPush(&p, 2);StackPush(&p, 3);StackPush(&p, 4);StackPush(&p, 5);StackPush(&p, 6);while (!StackEmpty(&p)){printf("%d ", StackTop(&p));StackPoP(&p);}StackDestory(&p);return 0;
}

💯队列

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

2.列队的实现

队列的实现方式包括数组和链表。常见的队列实现方式有:

数组实现:使用一维数组存储元素，通过头指针和尾指针分别指向队头和队尾实现入队和出队操作。
链表实现:每个元素使用一个节点存储，通过指针链接实现队列，入队操作在链表末尾插入新节点，出队操作删除链表头节点。 从head端删除元素，从tail端插入元素

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。（需要将后面的元素集体前移）

// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{struct QListNode* _pNext;QDataType _data;
}QNode;// 队列的结构
typedef struct Queue
{QNode* _front;QNode* _rear;
}Queue;// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);// 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);// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);

⭐初始化列队

void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}

⭐队尾入列队

void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x)
{QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->head == NULL){assert(pq->tail == NULL);pq->head = pq->tail = newnode;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->size++;
}

⭐队尾出列队

void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head != NULL);if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}pq->size--;
}

⭐获取队列头部元素

QDatatype QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;
}

⭐获取队列中有效元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

⭐检测队列是否为空

如果为空返回非零结果，如果不为空返回0

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}

⭐销毁列队

void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}

✨实现结果

int main()
{Queue p;QueueInit(&p);QueuePush(&p, 1);QueuePush(&p, 2);QueuePush(&p, 3);QueuePush(&p, 4);QueuePush(&p, 5);while (!QueueEmpty(&p)){printf("%d ",QueueFront(& p));QueuePop(&p);}QueueDestory(&p);return 0;
}