栈和队列基本操作

Posted 2021-12-24 任我驰骋°

栈和队列

• 一、栈
• • 栈是什么
  • 栈的实现
  • 栈的基本操作
  • • 栈类型的定义
    • 初始化栈
    • 检查栈是否为满
    • 入栈
    • 出栈
    • 获取栈顶元素
    • 检测栈是否为空
    • 测试函数
  • 完整代码
  • • Stack.h
    • Stack.c
    • main.c
• 二、队列
• • 队列是什么
  • 队列的实现
  • • 队列类型的定义
    • 申请一个节点
    • 初始化队列
    • 队尾入队列
    • 队头出队列
    • 获取队列头部元素
    • 获取队列队尾元素
    • 获取队列中有效元素个数
    • 检测队列是否为空
    • 销毁队列
    • 测试函数
  • 完整代码
  • • Queue.h
    • Queue.c
    • main.c
• 三、环形队列
• • 假溢出问题

一、栈

栈是什么

  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。

栈遵循先进后出原则

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。

栈的基本操作

栈类型的定义

typedef int STDataType;
typedef struct Stack

    STDataType* a;
    int top;   // 栈顶
    int capacity;  // 容量 
    int size;

Stack;

初始化栈

 void StackInit(Stack* ps)

  assert(ps);
  ps->a=(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*5); 
  if(NULL==ps->a)
  
    assert(0);
    return;
  
    ps->capacity=5;
    ps->size=0;

检查栈是否为满

void CheckStack(Stack* ps)

  assert(ps);

  if(ps->capacity==ps->size)
  
    //1.申请空间
    int newcapacity=ps->capacity*2;
    STDataType *temp=(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*newcapacity);
    if(temp==NULL)
    
      assert(0);
      return;
    
    //2.拷贝元素
    memcpy(temp,ps->a,sizeof(STDataType)*ps->size);
    //3.释放旧空间
    free(ps->a);
    //4.使用新空间 
    ps->a=temp;
    ps->capacity=newcapacity;
  

入栈

 void StackPush(Stack* ps, STDataType data)

  assert(ps);
  
  CheckStack(ps);
  ps->a[ps->size]=data;
  ps->size++;

出栈

 void StackPop(Stack* ps)

  assert(ps);
  if(!StackEmpty(ps))
  
    ps->size--;
  
  return;

获取栈顶元素

 STDataType StackTop(Stack* ps)

  assert(ps);
  return ps->a[ps->size-1];

 // 获取栈中有效元素个数 
 int StackSize(Stack* ps)

  assert(ps);
  return ps->size;

检测栈是否为空

 int StackEmpty(Stack* ps)

  assert(ps);
  return 0==ps->size;

 // 销毁栈 
 void StackDestroy(Stack* ps)

  assert(ps);
  if(ps->a)
  
  free(ps->a);
  ps->a=NULL;
  ps->capacity=0;
  ps->size=0;
  

测试函数

void TestStack()

  Stack s;
  StackInit(&s);

  StackPush(&s,1);
  StackPush(&s,2);
  StackPush(&s,3);
  StackPush(&s,4);
  StackPush(&s,5);
  StackPush(&s,6);
  StackPush(&s,7);
  printf("%d\\n",StackTop(&s));
  printf("%d\\n",StackSize(&s));

  StackPop(&s);
  StackPop(&s);
  StackPop(&s);
  printf("%d\\n",StackTop(&s));
  printf("%d\\n",StackSize(&s));

  StackDestroy(&s);

完整代码

Stack.h

typedef int STDataType;
typedef struct Stack

    STDataType* a;
    int top;   // 栈顶
    int capacity;  // 容量 
    int size;

Stack;
// 初始化栈 
 void StackInit(Stack* ps); 
 //检查栈是否为慢
 void CheckStack(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 
 int StackEmpty(Stack* ps); 
 // 销毁栈 
 void StackDestroy(Stack* ps);

 void TestStack();

Stack.c

#include "Stack.h"

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>

// 初始化栈 
 void StackInit(Stack* ps)

  assert(ps);
  ps->a=(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*5); 
  if(NULL==ps->a)
  
    assert(0);
    return;
  
    ps->capacity=5;
    ps->size=0;


// 检查栈是否满
 void CheckStack(Stack* ps)

  assert(ps);

  if(ps->capacity==ps->size)
  
    //1.申请空间
    int newcapacity=ps->capacity*2;
    STDataType *temp=(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)*newcapacity);
    if(temp==NULL)
    
      assert(0);
      return;
    
    //2.拷贝元素
    memcpy(temp,ps->a,sizeof(STDataType)*ps->size);
    //3.释放旧空间
    free(ps->a);
    //4.使用新空间 
    ps->a=temp;
    ps->capacity=newcapacity;
  

 // 入栈 
 void StackPush(Stack* ps, STDataType data)

  assert(ps);
  
  CheckStack(ps);
  ps->a[ps->size]=data;
  ps->size++;

 // 出栈 
 void StackPop(Stack* ps)

  assert(ps);
  if(!StackEmpty(ps))
  
    ps->size--;
  
  return;

 // 获取栈顶元素 
 STDataType StackTop(Stack* ps)

  assert(ps);
  return ps->a[ps->size-1];

 // 获取栈中有效元素个数 
 int StackSize(Stack* ps)

  assert(ps);
  return ps->size;

 // 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 0==ps->size;

 // 销毁栈 
 void StackDestroy(Stack* ps)

  assert(ps);
  if(ps->a)
  
  free(ps->a);
  ps->a=NULL;
  ps->capacity=0;
  ps->size=0;
  


void TestStack()

  Stack s;
  StackInit(&s);

  StackPush(&s,1);
  StackPush(&s,2);
  StackPush(&s,3);
  StackPush(&s,4);
  StackPush(&s,5);
  StackPush(&s,6);
  StackPush(&s,7);
  printf("%d\\n",StackTop(&s));
  printf("%d\\n",StackSize(&s));

  StackPop(&s);
  StackPop(&s);
  StackPop(&s);
  printf("%d\\n",StackTop(&s));
  printf("%d\\n",StackSize(&s));

  StackDestroy(&s);

main.c

#include "Stack.h"

int main()

  TestStack();
  return 0;

二、队列

队列是什么

  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。

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。

队列类型的定义

 typedef int QDataType;

 typedef struct QNode 
  
    struct QNode* next; 
    QDataType data; 
 QNode; 
     
  // 队列的结构 
  typedef struct Queue 
   
    QNode* front; 
    QNode* rear; 
    int size;
  Queue; 

申请一个节点

QNode* buyQNode(QDataType data)

  QNode *newnode=(QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if(NULL==newnode)
  
    assert(0);
    return NULL;
  
  newnode->data=data;
  newnode->next=NULL;
  return newnode;

初始化队列

void QueueInit(Queue* q)

  assert(q);
  q->front=q->rear=NULL;
  q->size=0;
  

队尾入队列

void QueuePush(Queue* q, QDataType data)

  assert(q);
  QNode *newnode=buyQNode(data);
  if(NULL==q->front)
  
    q->front=newnode; 
  
  else
  
    q->rear->next=newnode; 
  
  q->rear=newnode;
  q->size++;

队头出队列

void QueuePop(Queue* q)

  assert(q);
  if(QueueEmpty(q))
  
    return;
  
  else
  
    QNode *delndoe=q->front;
    q->front=delndoe->next;
    free(delndoe);
    if(NULL==q->front)
    
      q->rear=NULL;
    
  
  q->size--;

获取队列头部元素

 
QDataType QueueFront(Queue* q)

  assert(!QueueEmpty(q));
  return q->front->data;

获取队列队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* q)

  assert(!QueueEmpty(q));
  return q->rear->data;

获取队列中有效元素个数

int QueueSize(Queue* q)

  assert(!QueueEmpty(q));
  return q->size;

检测队列是否为空

int QueueEmpty(Queue* q)

  assert(q);
  return NULL==q->front;

销毁队列

void QueueDestroy(Queue* q)

  assert(q);
  QNode *cur=q->front;
  while(cur)
  
    q->front=cur->next;
    free(cur);
    cur=q->front;
  
  q->rear=NULL;
  q->size=0;

测试函数

void TestQueue()

  Queue q;
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q, 1);
  QueuePush(&q, 2);
  QueuePush(&q, 3);
  QueuePush(&q, 4);
  QueuePush(&q, 5);
  printf("%d\\n", QueueFront(&q));
  printf("%d\\n", QueueBack(&q));
  printf("%d\\n", QueueSize(&q));

  QueuePop(&q);
  QueuePop(&q);
  QueuePop(&q);
  printf("%d\\n", QueueFront(&q));
  printf("%d\\n", QueueBack(&q));
  printf("%d\\n", QueueSize(&q));

  QueuePop(&q);
  QueuePop(&q);
  QueuePop(&q);

  if(QueueEmpty(&q))
  
    printf("队列已经为空\\n");
  
  else
    printf("队列不为空\\n");
  表栈和队列

 数据结构之栈和队列
 栈和队列
 栈和队列知识点总结
 栈和队列-上
 栈和队列