栈和队列 --- C语言实现

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了栈和队列 --- C语言实现。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

本篇文章来详细介绍一下栈和队列,并且通过数组或链表来实现。

目录

1.栈

1.1栈的概念及结构

 1.2栈的实现

2.队列

2.1队列的概念及结构

2.2队列的实现

3.栈和队列面试题

4.相关概念选择题


1.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 ln 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。
 

栈和队列 --- C语言实现,数据结构与算法,开发语言,数据结构,C语言

 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


数组实现栈:

栈和队列 --- C语言实现,数据结构与算法,开发语言,数据结构,C语言

 单链表实现栈:

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 数组代码实现:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int STDataType;

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

//初始化
void StackInit(Stack* pst);
//销毁
void StackDestroy(Stack* pst);
//入栈
void StackPush(Stack* pst, STDataType x);
//出栈
void StackPop(Stack* pst);
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst);
//判空
bool StackEmpty(Stack* pst);
//获取个数
int StackSize(Stack* pst);

接口实现:

//初始化
void StackInit(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	pst->data = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}
//销毁
void StackDestroy(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->data);
	pst->data = NULL;
	pst->top = pst->capacity = 0;
}
//入栈 
void StackPush(Stack* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(pst->data, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (ptr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		pst->data = ptr;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->data[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
//出栈
void StackPop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!StackEmpty(pst));

	pst->top--;
}
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!StackEmpty(pst));

	return pst->data[pst->top - 1];
}
//判空
bool StackEmpty(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	/*if (pst->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}*/

	return pst->top == 0;
}
//获取个数
int StackSize(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}

2.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 ln 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
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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,数组头删效率会比较低

链表实现队列: 

栈和队列 --- C语言实现,数据结构与算法,开发语言,数据结构,C语言

入队出队示意图: 

栈和队列 --- C语言实现,数据结构与算法,开发语言,数据结构,C语言 链表代码实现队列:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int QueDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QueDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

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

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//释放
void QueueDestroy(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QueDataType x);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头
QueDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾
QueDataType QueueBack(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

 接口实现:

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//释放
void QueueDestroy(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
void QueuePush(Queue* pq, QueDataType x)
{
	assert(pq);
	//创建新节点
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;
	//入队
	if (pq->phead == NULL)
	{
		assert(pq->ptail == NULL);//防止头为空时,尾不为空
		pq->ptail = pq->phead = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	//1.一个节点
	//2.多个节点
	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--;
}

//取队头
QueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}
//取队尾
QueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
}

 另外扩展了解一下,实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。环形队列可以使用数组实现,也可以使用循环链表实现。

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 Q.rear指向的是有效数据的下一个位置,在这时我们不能知道 Q.rear = Q.front 时,是队列满还是空,所以这里有两种解决办法来判断队满,图中采用的是第二种方法。

1.定义一个size来记录元素个数

2.让队列中少存储一个元素,数组实现让(rear+1) % MaxSize = front,rear 和 front 都是下标,环形链表实现让rear->next = front

3.栈和队列面试题

1.括号匹配问题。OJ链接

2.用队列实现栈。OJ链接

3.用栈实现队列。OJ链接

4.设计循环队列。OJ链接
 

4.相关概念选择题

答案在最后

1.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈,然后再依次出栈,则元素出栈的顺序是()。

  • A 12345ABCDE
  • B EDCBA54321
  • C ABCDE12345
  • D 54321EDCBA

2.若进栈序列为1,2,3,4,进栈过程中可以出栈,则下列不可能的一个出栈序列是()

  • A 1,4,3,2
  • B 2,3,4,1
  • C 3,1,4,2
  • D 3,4,2,1

3.循环队列的存储空间为 Q(1:100),初始状态为front=rear=100。经过一系列正常的入队与退队操作后,front=rear=99 ,则循环队列中的元素个数为()

  • A 1
  • B 2
  • C 99
  • D 0或者100

4.以下()不是队列的基本运算?

  • A 从队尾插入一个新元素
  • B 从队列中删除第i个元素
  • C 判断一个队列是否为空
  • D 读取队头元素的值

5.现有一循环队列,其队头指针为front,队尾指针为rear;循环队列长度为N。其队内有效长度为?(假设队头不存放数据)

  • A ( rear - front + N ) % N + 1
  • B ( rear - front + N ) % N
  • C ( rear - front ) % ( N +1 )
  • D ( rear - front + N ) % ( N - 1 )

答案

  1. B
  2. C
  3. D
  4. B
  5. B

本篇结束

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