数据结构：栈和队列
Posted 山舟
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据结构：栈和队列相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
文章目录
一、栈
1.栈的概念和结构
栈是一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素的操作。进行数据插入和删除操作的一端成为栈顶，另一端称为栈底。栈中的元素遵循后进先出（LIFO, Last In First Out）原则。
压栈/入栈/进栈：向栈顶插入一个元素。
出栈：在栈顶删除一个元素。
2.栈的实现
栈的实现可以使用数组实现，也可以使用链表。
但是相对而言数组的结构实现更优一些。由于栈的操作都是在栈底（数组尾部或链表尾部），使用数组只需O(1)即可访问，而用链表则需要O(N)才能访问，本文选择使用数组来实现。
（注：如果想用链表实现栈，把栈顶放在链表的头部即可在O(1)内访问）
（1）栈的结构
由于栈的访问都是在尾上，所以此处用一个top来标记尾。
代码如下（示例）：
// 支持动态增长的栈，本文以动态增长的栈为例
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;//存储数据的数组
int top; //栈顶的位置
int capacity; //栈能存储的最大容量
}stack;
//静态的栈
typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{
STDataType a[N];
int top; // 栈顶
}Stack;
（2）栈的初始化和销毁
代码如下（示例）：
//栈的初始化
void StackInit(stack* st)
{
assert(st);
//这里给栈的初始大小为4个整型变量的大小
st->a = (STDataType*)malloc(sizeof(stack)* 4);
st->top = 0;//给栈顶一个初始值也可设置为其他值
st->capacity = 4;//给一个初始大小，也可设置为其他值
}
//栈的销毁
void StackDestroy(stack* st)
{
assert(st);
free(st->a);
st->a = NULL;
st->capacity = 0;
st->top = 0;
free(st);
}
（3）数据入栈
代码如下（示例）：
void StackPush(stack* st, STDataType x)
{
assert(st);
if (st->top == st->capacity)//如果栈满则扩容
{
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(st->a, sizeof(stack)* st->capacity * 2);
if (tmp == NULL)
{
exit(-1);//结束整个程序
}
st->capacity *= 2;
st->a = tmp;
}
//在top位置插入数据后，top++表示栈顶向后移一个位置
st->a[st->top++] = x;
}
（4）数据出栈
代码如下（示例）：
void StackPop(stack* st)
{
assert(st);
assert(!StackEmpty(st));//判断栈非空，若空则不进行删除操作
st->top--;//top--即可，下一次数据入栈会直接覆盖top位置的值
}
（5）取栈顶的元素
代码如下（示例）：
STDataType StackTop(stack* st)
{
assert(st);
assert(!StackEmpty(st));
return st->a[st->top - 1];
}
（6）判断栈是否为空
代码如下（示例）：
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(stack* st)
{
assert(st);
return (st->top == 0);//若top为0，说明栈中没有元素，为空
}
//得到栈的数据个数
int StackSize(stack* st)
{
assert(st);
return st->top;
}
二、队列
1.队列的概念和结构
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：进行插入操作的一端称为队尾。
出队：进行删除操作的一端称为队头。
2.队列的实现
（1）队列的结构
队列需要同时在队头和队尾进行操作，这里使用链表实现。
但由于链表访问队尾时效率较低，所以用tail结构体指针指向链表的末尾。
代码如下（示例）：
typedef int QNDataType;
typedef struct QueueNode//对列结点的结构体
{
struct QueueNode* next;
QNDataType val;
}QueueNode;
//队列
typedef struct Queue
{
QueueNode* head;//指向队头结点
QueueNode* tail;//指向队尾结点
}Queue;
（2）队列的初始化和销毁
代码如下（示例）：
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
}
//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
//遍历把每一个队列结点都free掉
QueueNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
//free前保留下一个结点
QueueNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
free(pq);
}
（3）数据入队
代码如下（示例）：
void QueuePush(Queue* pq, QNDataType x)
{
assert(pq);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (newnode == NULL)
{
exit(-1);//创建新结点失败，直接退出
}
newnode->val = x;
newnode->next = NULL;
//队列中一个结点都没有
if (pq->tail == NULL)
{
//新结点即使队头也是队尾
pq->head = newnode;
pq->tail = newnode;
}
else
{
//队列中优有结点，在队尾插入新结点
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
}
（4）数据出队
代码如下（示例）：
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));//没有结点不进行删除操作
//只有一个结点，删除该结点后将head，tail置空
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
}
//多个结点
else
{
//保留头结点的下一个结点，下一个结点为新的头
QueueNode* next = pq->head->next;
free(pq->head);
pq->head = next;
}
}
（5）得到队头队尾的数据
代码如下（示例）：
//得到队头的数据
QNDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->val;
}
//得到队头尾的数据
QNDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->val;
}
（6）判断队列是否为空
代码如下（示例）：
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
//头结点为空则队列为空
return (pq->head == NULL);
}
//得到队列的结点个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
int size = 0;
QueueNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
size++;
cur = cur->next;
}
return size;
}
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以上是关于数据结构：栈和队列的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章