前言
一、栈
1、栈的基本概念
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
2、栈的实现(数组实现)
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
3、栈的基本操作
压栈:栈的插入操作,也叫进栈/入栈/压栈,在栈顶进行数据操作。
出栈:栈的删除操作,也是在栈顶进行数据删除的。
3.1 栈的结构设计
typedef int STDataType;//方便修改类型
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
3.2 栈常见的基本函数接口
//初始化
void STInit(ST* pst);
//销毁栈
void STDestroy(ST* pst);
//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* pst);
//判空
bool STEmpty(ST* pst);
//长度
int STSize(ST* pst);
//栈顶
STDataType STTop(ST* pst);
4、栈的实现
4.1 初始化栈
//初始化
void STInit(ST* pst)
{
assert(pst);
pst->a = NULL;
pst->top = 0;//指向栈顶下一个元素,若等于-1则指向栈顶元素,两种任选
pst->capacity = 0;
}
4.2 栈的销毁
//销毁栈
void STDestroy(ST* pst)
{
assert(pst);
tree(pst->a);
pst->a = NULL;
pst->top = 0;
pst->capacity = 0;
}
4.3 入栈
代码:
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
assert(pst);
//判断栈是否已满,满了就扩容
if (pst->top == pst->capacity)
{
//使用三目运算符进行第一次开辟空间和后续扩容空间
int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
//判断realloc是否开辟成功
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
//赋新值
pst->a = tmp;
pst->capacity = newcapacity;
}
//插入
pst->a[pst->top] = x;
pst->top++;
}
4.4 出栈
代码:
//出栈
void STPop(ST* pst)
{
assert(pst);
assert(pst->top > 0);
pst->top--;
}
4.5 判空
//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{
assert(pst);
//返回值为0为假,非零为真
return pst->top == 0;
}
4.6 长度
//长度
int STSize(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top;
}
4.7 获取栈顶元素
注意:若栈顶指针初始化为pst->top = 0,即栈顶指针指向栈顶元素的下一个位置,则入栈操作变为pst->a[pst->top++],出栈操作为pst->a[- -pst->top]。因为栈顶指针若初始化为 0 时,则栈顶指针始终指向顺序栈将要入栈的位置,也就是栈顶指针的下标就是入栈元素的下标。
//栈顶
STDataType STTop(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->a[pst->top - 1];
}
完整代码
Stack.h
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
//初始化
void STInit(ST* pst);
//销毁栈
void STDestroy(ST* pst);
//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x);
//出栈
void STPop(ST* pst);
//判空
bool STEmpty(ST* pst);
//长度
int STSize(ST* pst);
//栈顶
STDataType STTop(ST* pst);
Stack.c
#include"Stack.h"
//初始化
void STInit(ST* pst)
{
assert(pst);
pst->a = NULL;
pst->top = 0;//指向栈顶下一个元素
pst->capacity = 0;
}
//销毁栈
void STDestroy(ST* pst)
{
assert(pst);
tree(pst->a);
pst->a = NULL;
pst->top = 0;
pst->capacity = 0;
}
//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
assert(pst);
if (pst->top == pst->capacity)
{
int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
pst->capacity = newcapacity;
pst->a = tmp;
}
pst->a[pst->top] = x;
pst->top++;
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{
assert(pst);
assert(pst->top > 0);
pst->top--;
}
//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top == 0;
}
//长度
int STSize(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->top;
}
//栈顶
STDataType STTop(ST* pst)
{
assert(pst);
return pst->a[pst->top - 1];
}
Test.c
#include"Stack.h"
int main()
{
ST st;
//初始化
STInit(&st);
//插入+删除
STPush(&st, 1);
STPush(&st, 2);
STPush(&st, 3);
STPush(&st, 4);
STPush(&st, 5);
STPop(&st);
STPop(&st);
//长度
STSize(&st);
//栈顶
STTop(&st);
//销毁
STDestroy(&st);
return 0;
}
二、队列
1、队列的结构及概念
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
2、队列的实现(单链表实现)
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。
下面话不多说,直接开始代码实现
1、队列的链式结构设计
//链式结构 表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
struct QueueNode* next;
QDataType val;
}QNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* phead;
QNode* ptail;
int size;
}Queue;
2、常用的功能接口
//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDeatroy(Queue* pq);
//队尾入列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队头出列
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//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
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
2.1、初始化队列
只需要将头尾指针都指向空即可,元素个数为零
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = NULL;
pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
2.2、销毁队列
遍历链表,从头到尾依次删除结点,最后将头尾指针指向空,元素个数为0。
//销毁队列
void QueueDeatroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->phead;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->phead = NULL;
pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
2.3、入队列
创建新节点,若队列为空,则将头指针和尾指针都指向新创建的节点,若不为空,则尾插,因为是链式存储,所以和单链表的尾插一样,将尾指针的next指向该节点,再把该节点设为新的尾节点
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
newnode->val = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->ptail == NULL)
{
pq->ptail = pq->phead = newnode;
}
else
{
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = newnode;
}
pq->size++;
}
2.4、出队列
注意:出列要考虑队列是空还是只有一个结点又或者有多个结点,为空则在代码第一步就报错,若只有一个结点,则直接删除该结点,并将头尾俩指针指向空,若不止一个结点,可以创建一个临时指针来记录当前头指针,然后尾指针往后遍历,再free掉创建的临时指针,并置空
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
QNode* del = pq->phead;
pq->phead = pq->phead->next;
free(del);
del = NULL;
if (pq->phead == NULL)
pq->ptail = NULL;
pq->size--;
}
2.5、获取队列头部元素
断言,然后直接返回队头指针指向的节点元素
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
return pq->phead->val;
}
2.6、获取队列尾部元素
也是一样的,直接返回队尾指针指向的节点元素
//获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
return pq->ptail->val;
}
2.7、判空
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文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-758215.html
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}
2.8、获取有效元素个数
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
完整代码
Queue.h
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
//链式结构 表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
struct QueueNode* next;
QDataType val;
}QNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* phead;
QNode* ptail;
int size;
}Queue;
//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDeatroy(Queue* pq);
//队尾入列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队头出列
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//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
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
Queue.c
#include"Queue.h"
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = NULL;
pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
//销毁队列
void QueueDeatroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->phead;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->phead = NULL;
pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
//队尾入列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->next = NULL;
newnode->val = x;
if (pq->ptail == NULL)
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
else
{
//现在newnode是新的尾结点
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = newnode;
}
pq->size++;
}
//队头出列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
//保存当前节点
QNode* tmp = pq->phead;
//phead往下走
pq->phead = pq->phead->next;
free(tmp);
tmp = NULL;
if (pq->phead = NULL)
{
pq->ptail = NULL;
}
pq->size--;
}
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
return pq->phead->val;
}
//获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
return pq->ptail;
}
//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
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
Test.c
#include"Queue.h"
int main()
{
Queue q;
QueueInit(&q);
QueuePush(&q, 1);
QueuePush(&q, 2);
QueuePush(&q, 3);
while (!QueueEmpty(&q))
{
printf("%d ", QueueFront(&q));
QueuePop(&q);
}
QueueDeatroy(&q);
return 0;
}
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-758215.html
到了这里,关于【数据结构】栈和队列超详解!(Stack && Queue)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!