【数据结构与算法】之详解栈与队列及其实现

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2025-01-23 20:38:46

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 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。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/d37ed14f629fcf3c38c1a81374ecb046.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4d4a7a212fe91bf9a9f7dda4cf25a790.png

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

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/8029f9b6353fc193029e24dfcd371b79.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/cc32d199f112e46710ef517f32b9c80d.png

** 实现源码~**

Stack.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.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 
bool 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->top = 0;
    ps->capacity = 0;
}

// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
    assert(ps);
    //判断是否需要扩容
    if (ps->top == ps->capacity)
    {
        int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
        STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
        if (tmp == NULL)
        {
            perror("realloc fail");
            return;
        }
        ps->a = tmp;
        ps->capacity = newCapacity;
    }
    //入栈
    ps->a[ps->top++] = data;
}

// 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 
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->top == 0;
}

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

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 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

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/18c136eff59f80ede5e649c56dffbab7.png

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,效率会比较低。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/603aee1869245f492709f5e3b30f38f2.png

**实现源码~ **

Queue.h

#pragma once
#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* head;
    QNode* tail;
    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
bool 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->head = q->tail = NULL;
    q->size = 0;
}

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
    assert(q);
    QNode* newNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    if (newNode == NULL)
    {
        perror("malloc fail!\n");
        return;
    }
    newNode->data = data;
    newNode->next = NULL;
    if (q->head == NULL)
    {
        q->head = q->tail = newNode;
    }
    else//尾插
    {
        q->tail->next = newNode;
        q->tail = newNode;
    }
    q->size++;
}

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
    assert(q);
    assert(q->size > 0);//有数据才进行删除
    if (q->head == q->tail)
    {
        free(q->head);
        q->head = q->tail = NULL;
    }
    else
    {
        QNode* del = q->head;
        q->head = q->head->next;
        free(del);
        del = NULL;
    }
    q->size--;
}

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
    assert(q);
    assert(q->size > 0);
    return q->head->data;
}

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
    assert(q);
    assert(q->size > 0);
    return q->tail->data;
}

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
    assert(q);
    return q->size;
}

// 检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* q)
{
    assert(q);
    return q->size == 0;
}

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
    assert(q);
    QNode* cur = q->head;
    while (cur)
    {
        QNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    q->head = q->tail = NULL;
}

文章来源: https://blog.csdn.net/2301_80221228/article/details/138725697
版权声明: 本文为博主原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA 知识共享协议,转载请附上原文出处链接和本声明。


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