数据结构之栈和队列（C语言）_1.栈的插入、删除遵循先进后出原则。 2.队列的插入、删除遵循先进先出原则。

1.栈和队列的概念

栈和队列是一种特殊的线性表，他们的操作只能在整个结构的两端进行，有着极大的限制条件

• 栈只能在固定的一端进行操作，遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则
• 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，遵循先进先出FIFO（First  In First Out）的原则 

1.1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。

我们把向栈中插入数据称为压栈，把删除栈中数据成为出栈。

1.2队列

2.栈和队列的实现

栈和队列仅仅是一个概念，其实现方式仍以顺序表和链表来进行。不过我们可以根据其概念的特征来选择实现的方式，从而大大提升运行的效率。

2.1栈的实现

我们首先来看栈的特征

栈只能在栈顶进行操作，最后进栈的元素第一个出栈

我们不难想象到，将栈转化成一个顺序表或链表，压栈即为对该线性表进行尾插，而入栈即为对该线性表进行尾删，而完成该操作最具优势的结构自然是顺序表。

顺序表的总结

2.1.1栈的结构

我们通过顺序表来实现栈结构，故和顺序表一样，在该结构中我们需要构建一个指针来动态存储数据，然后分别构建size和capacity来反映该表的状态

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 栈顶
	int capacity;  // 容量 
}Stack;

 （与顺序表不同的是，我们用top取代了size，在栈的初始化中top会有不同的含义）

2.1.2栈的初始化

栈的初始化即为顺序表的初始化

// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps)
{
	STDataType* tmp = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	ps->a = tmp;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

 注：在这里top对于不同人的习惯可能会导致取值不同！

top可能会有两种取值：0和-1。

对于top取0，即top表示的是栈顶的下一个元素，其功能相当于size。

而若top取-1，则top表示的是栈顶的元素，当栈没有元素时，对a进行解引用a[top]则会报错

而top的取值完全出于个人习惯，我们以top取0为例来进行

2.1.3压栈

即为顺序表的尾插

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity * 2);
		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	(ps->a)[ps->top] = data;
	ps->top++;
}

 2.1.4出栈

即为顺序表的尾删

// 出栈 
void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps->top);
	ps->top--;
}

 2.1.5获取栈顶元素

即为访问顺序表尾部元素

// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps->top);
	return (ps->a)[ps->top - 1];
}

2.1.6获取栈中元素个数

即为顺序表size的大小

// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* ps)
{
	return ps->top;
}

2.1.7栈的判空

即判断顺序表的size是否为0

// 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)
{
	if (ps->top == 0)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

2.1.8销毁栈

即为顺序表的销毁

// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps)
{
	free(ps->a);
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

2.2队列的实现

我们来看队列的概念

队列只能在队头入数据，在队尾出数据

通过这个概念，我们不难想象到，队列的插入即为线性表的尾插，而队列的删除为线性表的头删。如果要进行头删，自然链表是最好的选择，故使用链表来实现队列

链表的总结

2.2.1队列的结构

使用链表时，我们首先要构建每一个链表节点的结构

typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

而仅仅有链表的结构还不够，因为队列需要频繁进行尾插，故我们最好需要通过建立一个尾结点指针来提高尾删的效率。此时，队列的结构便以达成

// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QNode* front;//队列头指针
	QNode* rear;//队列尾指针
}Queue;

（我们的链表默认为无哨兵头结点的单链表） 

2.2.2队列的初始化

即为单链表的初始化，在此基础上，我们还需要将队列的结构进行初始化

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->front = NULL;
	q->rear = NULL;
}

2.2.3入队列

即为单链表的尾插，而因为存在尾指针，我们不需要再通过遍历找尾

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	if (q->front == NULL)
	{
		QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
		newnode->next = NULL;
		newnode->data = data;
		q->front = newnode;
		q->rear = newnode;
	}
	else
	{
		QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
		newnode->next = NULL;
		newnode->data = data;
		q->rear->next = newnode;
		q->rear = q->rear->next;
	}
}

2.2.4出队列

即为单链表的头删

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->front);
	QNode* erase = q->front;
	q->front = q->front->next;
	if (q->rear == erase)
	{
		q->rear = NULL;
	}
	free(erase);
}

2.2.5获取队列头部元素

即为获取单链表首节点元素

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->front);
	return q->front->data;
}

2.2.6获取队列中有效元素个数

即为遍历单链表

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
	int size = 0;
	QNode* cur = q->front;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
}

2.2.7队列判空

即为判断单链表是否为空

// 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 
int QueueEmpty(Queue* q)
{
	if (q->front == NULL)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

2.2.8队列的销毁

即为销毁单链表和队列结构

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	while (q->front)
	{
		QNode* erase = q->front;
		q->front = q->front->next;
		free(erase);
	}
	q->rear = NULL;
}

OJ题补充

用队列实现栈/用栈实现队列​​​​​​​