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目录
🌸🌸后进先出—栈
什么是栈?
什么是后进先出?
栈的实现?
栈实现需要设置的参数 ?
要实现的功能?
🌸栈的C语言代码实现
🌷初始化
🌷入栈
🌷判空
🌷 出栈
🌷取栈顶元素
🌷计算栈内数据个数
🌷销毁栈
🌸栈的整体代码
头文件
函数实现
测试用例
💮💮先进先出—队列
什么是队列?
什么是先进先出?
队列的实现?
队列的实现需要设置的参数?
要实现的功能?
💮队列的C语言实现
🌼初始化
🌼入队列
🌼判空
🌼出队列
🌼 取头节点元素
🌼取尾节点元素
🌼计算队列内数据个数
🌼销毁队列
💮队列的整体代码
头文件
函数实现
测试用例
后进先出—栈
什么是栈?
栈是一种特殊的线性表,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。
什么是后进先出?
一图让你明白~
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。但是由于数组是在定义完后对于空间是固定的,因此如果单纯用数组实现,如果申请空间过大会浪费空间,太小又会造成空间不够的问题,因此,本文采用支持动态增长的栈,也就是动态开辟空间的方法。
对此,我们先了解一下咱们栈的操作
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。
栈实现需要设置的参数 ?
由于咱们要实现的是动态扩容因此定义如下:
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* _a;
int _top; // 栈顶
int _capacity; // 容量
}Stack;
此处对于相关栈所定义的元素进行解释:
1、 STDataType* _a 作为动态扩容的作用。
2、int _top 作为记录栈顶位置的作用。
3、int _capacity 作为记录栈容量的作用。
啥意思呢?
一图让你明白~
要实现的功能?
同我们之前所学的链表、线性表一样,需要实现基本的增、删、查、改!但是需要注意的是,我们的查与修只能在固定的一端进行!而不能进行改的操作!对此我们写出相应的接口函数。
// 初始化栈
void StackInit(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);
栈的C语言代码实现
初始化
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);
ps->_a = NULL;
ps->_capacity = 0;
ps->_top = -1;
}
注意:解释一下为什么这里top要设置成-1,主要是因为后续的操作中,比如:判空的操作的差异、在入栈时操作的差异,当然,top也可以设置成0,但后续的操作会有所差异。
入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
assert(ps);
if (ps->_capacity - 1 == ps->_top)//匹配上初始化top=-1
{
int newcap = ps->_capacity == 0 ? MAX : ps->_capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newcap*sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
ps->_capacity = newcap;
ps->_a = tmp;
}
ps->_a[++ps->_top] = data;
}
入栈时首先判断空间是否足够,如果不够则扩容,够则直接入栈
判空
int StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->_top==-1;
}
出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
ps->_top--;
}
取栈顶元素
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
ps->_top--;
}
计算栈内数据个数
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->_top+1;
}
销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);
free(ps->_a);
ps->_a = NULL;
}
栈的整体代码
头文件
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 01
#define MAX 4
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* _a;
int _top; // 栈顶
int _capacity; // 容量
}Stack;
// 初始化栈
void StackInit(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);
函数实现
#include "stack.h"
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);
ps->_a = NULL;
ps->_capacity = 0;
ps->_top = -1;
}
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
assert(ps);
if (ps->_capacity - 1 == ps->_top)
{
int newcap = ps->_capacity == 0 ? MAX : ps->_capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newcap*sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
ps->_capacity = newcap;
ps->_a = tmp;
}
ps->_a[++ps->_top] = data;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
ps->_top--;
}
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
return ps->_a[ps->_top];
}
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->_top+1;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->_top==-1;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);
free(ps->_a);
ps->_a = NULL;
}
测试用例
#include"stack.h"
void test()
{
Stack st;
StackInit(&st);
StackPush(&st, 1);
StackPush(&st, 2);
StackPush(&st, 3);
StackPop(&st);
StackPush(&st, 4);
StackPush(&st, 5);
printf("%d\n", StackSize(&st));
while (!StackEmpty(&st))
{
printf("%d ", StackTop(&st));
StackPop(&st);
}
printf("\n%d\n", StackSize(&st));
StackDestroy(&st);
}
int main()
{
test();
return 0;
}
测试结果:
先进先出—队列
什么是队列?
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。
什么是先进先出?
相信在前面了解过后进先出的你应该有一定的概念了,一图让你明白~
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。
队列的实现需要设置的参数?
根据链表的定义如下:
typedef int QDataType;
// 链式结构:表示队列
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* _next;
QDataType _data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* _front;
QNode* _rear;
}Queue;
注意:QNode是基本的链表结构,而在QNode的基础上建立的Queue是作为真正的队列的结构,其中 _front 是作为记录队头位置的一个指针,而相应的 _rear 是作为记录队尾位置的一个指针。
一图让你明了~
要实现的功能?
同我们之前所学的链表、线性表一样,需要实现基本的增、删、查、改!但是需要注意的是,增的操作在一端进行,而删的操作在另外一端进行,并且同栈一样不能进行改的操作!对此我们写出相应的接口函数。
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 检测队列是否为空,如果为空返回非零结果,如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
队列的C语言实现
初始化
void QueueInit(Queue* q)
{
assert(q);
q->_front = NULL;
q->_rear = NULL;
}
你可能有个问题?为什么需要将两个指针都置空呢?初始化指针是一方面,而最主要的是为了让两个指针在最开始都指向同一个位置,然后头指针(也就是front)是只有在出队时才会移动的!尾指针(也就是rear)是只有在出队时才会移动的!这也是后续判空等操作的关键。
入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
assert(q);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
newnode->_next = NULL;
newnode->_data = data;
if (q->_rear == NULL)
{
assert(q->_front == NULL);
q->_front = q->_rear = newnode;
}
else
{
q->_rear->_next = newnode;
q->_rear = newnode;
}
}
入队列时需要判断头、尾指针是否为都为空,以此来确定是在头部插入还是在尾部插入。
判空
int QueueEmpty(Queue* q)
{
assert(q);
return q->_front==NULL&&q->_rear==NULL;
}
当头指针与尾指针都为空时,即该对列为空。
出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(&q));
if (q->_front == q->_rear)//一个节点
{
free(q->_front);
q->_front = NULL;
q->_rear = NULL;
}
else
{
QNode* next = q->_front->_next;
free(q->_front);
q->_front = next;
}
}
出队列需要判断为一个节点还是多个节点的问题,一个节点则需要在释放空间的基础上再将两个指针置空,剩余多个则仅需将出队节点置空。
取头节点元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(&q));
return q->_front->_data;
}
取尾节点元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(&q));
return q->_rear->_data;
}
计算队列内数据个数
int QueueSize(Queue* q)
{
QNode* cur = q->_front;
int size = 0;
if (cur != NULL)
{
size++;
while (cur != q->_rear)
{
size++;
cur = cur->_next;
}
}
return size;
}
销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
QNode* cur = q->_front;
while (cur)
{
QNode* next = cur->_next;
free(cur);
cur = next;
}
q->_front = NULL;
q->_rear = NULL;
}
队列的整体代码
头文件
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 01
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int QDataType;
// 链式结构:表示队列
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* _next;
QDataType _data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* _front;
QNode* _rear;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 检测队列是否为空,如果为空返回非零结果,如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
函数实现
#include "queue.h"
void QueueInit(Queue* q)
{
assert(q);
q->_front = NULL;
q->_rear = NULL;
}
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
assert(q);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
newnode->_next = NULL;
newnode->_data = data;
if (q->_rear == NULL)
{
assert(q->_front == NULL);
q->_front = q->_rear = newnode;
}
else
{
q->_rear->_next = newnode;
q->_rear = newnode;
}
}
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(&q));
if (q->_front == q->_rear)//一个节点
{
free(q->_front);
q->_front = NULL;
q->_rear = NULL;
}
else
{
QNode* next = q->_front->_next;
free(q->_front);
q->_front = next;
}
}
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(&q));
return q->_front->_data;
}
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(&q));
return q->_rear->_data;
}
int QueueSize(Queue* q)
{
QNode* cur = q->_front;
int size = 0;
if (cur != NULL)
{
size++;
while (cur != q->_rear)
{
size++;
cur = cur->_next;
}
}
return size;
}
int QueueEmpty(Queue* q)
{
assert(q);
return q->_front==NULL&&q->_rear==NULL;
}
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
QNode* cur = q->_front;
while (cur)
{
QNode* next = cur->_next;
free(cur);
cur = next;
}
q->_front = NULL;
q->_rear = NULL;
}
测试用例
#include"queue.h"
void test()
{
Queue qu;
QueueInit(&qu);
QueuePush(&qu, 1);
QueuePush(&qu, 2);
printf("%d\n", QueueBack(&qu));
QueuePush(&qu, 3);
QueuePush(&qu, 4);
printf("%d\n", QueueSize(&qu));
while(!QueueEmpty(&qu))
{
printf("%d ", QueueFront(&qu));
QueuePop(&qu);
}
printf("\n%d\n", QueueSize(&qu));
QueueDestroy(&qu);
}
int main()
{
test();
return 0;
}
测试结果:
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