数据结构--栈和队列

1. 栈

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。

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点。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

Stack.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
//初始化栈
void STInit(ST* ps);
//销毁栈
void STDestory(ST* ps);

//栈顶
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* 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 STEmpty(ST* ps);

Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"

void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
void STDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

//栈顶
void STPush(ST* 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, newcapacity * sizeof(STDataType));

		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top-1];
}
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Stack.h"

int main()
{
	ST s;
	STInit(&s);
	STPush(&s, 1);
	STPush(&s, 2);
	STPush(&s, 3);
	int top = STTop(&s);
	printf("%d ", top);
	STTop(&s);
	STPush(&s, 4);
	STPush(&s, 5);

	while (!STEmpty(&s))
	{
		int top = STTop(&s);
		printf("%d ", top);
		STPop(&s);
		STDestory(&s);
		return 0;
	}
}

2. 队列

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为队头

队列实现

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，因为如果使用数组结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低

Queue.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

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

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);


//入队列
void QueuePush(Queue* pq,QDataType x);
//出队列
void QueuePop(Queue* pq);

QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}


//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->ptail)
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead != NULL);
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else {
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);
	return pq->phead->val;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->ptail != NULL);
	return pq->ptail->val;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
int main()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	QueueDestory(&q);
	return 0;
}