【数据结构】06.栈&&队列

一、栈

1.1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。

1.2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。

1.2.1 栈的结点行为

和顺序表一样：一个存储数据的数组，一个变量记录个数，一个变量记录容量。

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* data;
	int capacity;
	int top;
}ST;

1.2.2 栈的初始化与销毁

//初始化
void StackInit(ST* s)
{
	assert(s);
 
	s->data = NULL;
	s->capacity = s->top = 0;
}

//销毁
void StackDestory(ST* s)
{
	assert(s);
 
	free(s->data);
	s->data = NULL;
	s->capacity = s->top = 0;
}

1.2.3 入栈与出栈

//入栈
void StackPush(ST* s, STDataType x)
{
	assert(s);
	//检查是否需要扩容
	if (s->top == s->capacity)
	{
		int new_capacity = s->capacity == 0 ? 4 : s->capacity * 2;
		STDataType* temp = (STDataType*)realloc(s->data, sizeof(STDataType) *new_capacity);
		if (temp==NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			s->data = temp;
			s->capacity =new_capacity;
		}
	}
		
	s->data[s->top] = x;
	s->top++;
 
}
 
//出栈
void StackPop(ST* s)
{
	assert(s);
	assert(s->top);
	
	s->top -= 1;
}

1.2.4 栈的其他操作

//栈的元素个数
int StackSize(ST* s)
{
	assert(s);
	return s->top;
}

//判空
bool StackEmpty(ST* s)
{
	assert(s);
	return s->top == 0;
}

//取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* s)
{
	assert(s);
	return s->data[s->top - 1];
}

二、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

2.2队列的实现

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，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

2.2.1 队列的结点行为

首先，我们使用链表来实现队列，那么我们需要先定义链表型结点：

typedef int QueueDataType; 
typedef struct QueueNode
{
	QueueDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QN;

其次经过分析，我们知道入队列时就是对链表进行尾插操作，尾插的时间复杂度时O（N），因此我们想到用两个结点（一个头结点来控制出队列，一个尾结点来控制入队列）。因此我们自然而然地想起定义一个结构体来控制他们的行为：

typedef struct Queue
{
	QN* head;
	QN* tail;
	int size;//后续进行统计个数时时间复杂度为O（N），引入size，来提高程序效率
}Queue;

2.2.2 队列的初始化与销毁

//初始化
void QueueInit(Queue* s)
{
	assert(s);
 
	s->head = s->tail = NULL;
	s->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestory(Queue* s)
{
	assert(s);
	QN* cur = s->head;
	while (cur)
	{
		QN* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	s->head = s->tail = NULL;
	s->size = 0;
}

2.2.3 入队列与出队列

//入队
void QueuePush(Queue* s, QueueDataType x)
{
	assert(s);
 
	QN* newnode = (QN*)malloc(sizeof(QN));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
 
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;
	//队列是否为空
	if (s->tail == NULL)
	{
		s->head = s->tail = newnode;
	}
	else
	{
		s->tail->next = newnode;
		s->tail = newnode;
	}
	s->size++;
}
 
//出队
void QueuePop(Queue* s)
{
	assert(s);
	//队列为空时，无法再出数据
	assert(s->head);
	
 	//队列是一个元素还是多个元素
	if (s->head->next == NULL)
	{
		s->head = s->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QN* next = s->head->next;
 
		free(s->head);
		s->head = next;
	}
	s->size--;
}

2.2.4 队列的其他操作

//队列元素个数
int QueueSize(Queue* s)
{
	assert(s);
	return s->size;
}

//判空
bool QueueEmpty(Queue* s)
{
	assert(s);
 
	return s->head == NULL;
}

//取队头元素
QueueDataType QueueFront(Queue* s)
{
	assert(s);
 
	return s->head->data;
}

//取队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* s)
{
	assert(s);
 
	return s->tail->data;
}