数据结构 —— 栈 与 队列

1.栈

1.1栈的结构和概念

栈（Stack）是一种特殊的线性数据结构，它遵循后进先出（LIFO，Last In First Out）的原则。栈只允许在一端插入和删除数据，这一端被称为栈顶（top），另一端被称为栈底（bottom）。

就像弹匣一样，先压进去的子弹会最后被发射，最后压进去的子弹反而最先被发射

1.2栈的实现 (数组)

栈的基本功能：

1. push(元素)：将元素压入栈顶。
2.  pop()：从栈顶删除元素，并返回该元素。如果栈为空，则此操作可能会导致错误。
3. peek() 或 top()：返回栈顶元素，但不删除它。
4. Empty()：检查栈是否为空。
5. size()：返回栈中元素的数量。

Stack.h

#pragma once
// 支持动态增长的栈
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
 
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);

Stack.c

#include"Stack.h"
 
// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps) {
	assert(ps);
 
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = 0;
	ps->_top = 0;
}
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data) {
	assert(ps);
 
	//扩容
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		int newcapacity = ps->_capacity == 0 ? 2 : ps->_capacity * 2;
		STDataType* newa = (STDataType*)realloc(ps->_a,newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (newa == NULL)
		{
			perror("realloc");
			return;
		}
		ps->_capacity = newcapacity;
		ps->_a = newa;
	}
 
	ps->_a[ps->_top] = data;
	ps->_top++;
}
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps) {
 
	assert(ps);
	assert(ps->_top > 0);
 
	ps->_top--;
}
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps) {
	assert(ps);
	assert(ps->_top > 0);
	return ps->_a[ps->_top - 1];
}
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps) {
	assert(ps);
	return ps->_top;
}
// 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 ps->_top == 0;//为空就是真，返回非0
 
}
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps) {
	assert(ps);
 
	ps->_top = 0;
	ps->_capacity = 0;
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
}

2.队列（单链表）

2.1队列的概念和结构

队列（Queue）是一种特殊的线性表，它遵循先进先出（FIFO）的原则，即最早进入队列的元素将最先从队列中移除。队列只允许在表的前端（front）进行删除操作，称为出队，而在表的后端（rear）进行插入操作，称为入队。

  先进先出，后进后出

2.2队列的实现(链表)

1. 入队（Push）：在队列的尾部添加一个元素。

2. 出队（Pop）：从队列的头部移除一个元素，并返回该元素。

3. 判断队列是否为空（Empty）：检查队列是否不包含任何元素。

4. 获取队列大小（Size）：返回队列中当前元素的数量。

5. 查看队头元素（Front）：返回队列头部的元素，但不从队列中移除它。

6. 查看队尾元素（Back）：返回队列尾部的元素，但不从队列中移除它

Queue.h

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.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;
	int size;
}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);

Queue.c 

 

#include"Queue.h"
 
// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q) {
	assert(q);
 
	q->size = 0;
	q->_front = NULL;
	q->_rear = NULL;
}
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data) {
	assert(q);
 
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("QueuePush()::malloc()");
		return;
	}
 
	newnode->_data = data;
	newnode->_next = NULL;
	
	//队列为NULL
	if (q->_front == NULL)
	{
		q->_front = q->_rear = newnode;
	}
	else
	{
		q->_rear->_next = newnode;
		q->_rear = q->_rear->_next;
	}
 
	q->size++;
}
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q) {
	assert(q);
	assert(q->size != 0);
 
	//单个节点
	if (q->_front == q->_rear)
	{
		free(q->_front);
		q->_front = q->_rear = NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		QNode* next = q->_front->_next;
		free(q->_front);
		q->_front = next;
	}
 
	q->size--;
}
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q) {
 
	assert(q);
	assert(q->_front);//队头不能为NULL
 
	return q->_front->_data;
}
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q) {
	assert(q);
	assert(q->_rear);//队尾不能为NULL
 
	return q->_rear->_data;
}
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q) {
 
	return q->size;
}
// 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) {
	assert(q);
 
	return q->size == 0;
}
// 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 = q->_rear = NULL;
	q->size = 0;
 
	//这个应该留给用户去释放
	/*free(q);
	q = NULL;*/
}