C语言数据结构-----栈和队列练习题(分析+代码)

news2024/12/23 1:29:33

前言

前面的博客写了如何实现栈和队列，下来我们来看一下队列和栈的相关习题。

链接: 栈和队列的实现

文章目录

  • 前言
  • 1.用栈实现括号匹配
  • 2.用队列实现栈
  • 3.用栈实现队列
  • 4.设计循环队列

1.用栈实现括号匹配

在这里插入图片描述

此题最重要的就是数量匹配和顺序匹配。
用栈可以完美的做到：
1.左括号入栈
2.有右括号，取栈顶左括号匹配

在这里插入图片描述

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef char STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 标识栈顶位置的
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);

// 栈顶插入删除
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);

bool STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST* pst);

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;

	// 表示top指向栈顶元素的下一个位置
	pst->top = 0;

	// 表示top指向栈顶元素
//pst->top = -1;
}

void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);

	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = pst->capacity = 0;
}

// 栈顶插入删除
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->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}

	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	// 不为空
	assert(pst->top > 0);

	pst->top--;
}

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	// 不为空
	assert(pst->top > 0);

	return pst->a[pst->top - 1];
}

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);

	/*if (pst->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}*/

	return pst->top == 0;
}

int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top;
}
//这里以上都是栈的代码
bool isValid(char* s)
{
	ST st;
	STInit(&st);
	while (*s)
	{
		if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{')
		{
			STPush(&st, *s);
		}
		else
		{
			if (STEmpty(&st)!=NULL)//右括号比左括号多
			{
				STDestroy(&st);
				return false;
			}

			char top = STTop(&st);
			STPop(&st);

			if ((*s == ']' && top != '[')//控制顺序不匹配
				|| (*s == '}' && top != '{')
				|| (*s == ')' && top != '('))
			{
				STDestroy(&st);
				return false;
			}
		}
		++s;
	}
	bool ret = STEmpty(&st);//如果栈空了，那么就是都匹配走了
	STDestroy(&st);         //只要不空，说明没匹配完，但只能解决左括号多，右括号少的问题
	return ret;
}

2.用队列实现栈

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
这样感觉没什么用，很低效，但是这题考的就是我们对于队列和栈性质的理解！

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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++;
}

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--;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	// 
	assert(pq->phead);

	return pq->phead->val;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	// 
	assert(pq->ptail);

	return pq->ptail->val;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->phead == NULL;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}
//这里之前都是队列的代码
typedef struct //匿名结构体
{
	Queue q1;
	Queue q2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() 
{
	MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
	QueueInit(&pst->q1);
	QueueInit(&pst->q2);
	return pst;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) //插入，哪个不为空就往哪里插，都为空随便进一个都行
{
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))
		QueuePush(&obj->q1, x);
	else
		QueuePush(&obj->q2, x);
}

int myStackPop(MyStack* obj) 
{
	//假设q1为空，q2不为空
    Queue* emptyq=&obj->q1;
    Queue* nonemptyq=&obj->q2;
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))//如果假设错了,就交换
	{
		emptyq = &obj->q2;
		nonemptyq = &obj->q1;   
	}
	//非空队列钱N-1个元素导入空队列，最后一个就是栈顶元素
	while (QueueSize(nonemptyq)>1)
	{
		QueuePush(emptyq, QueueFront(nonemptyq));//将非空队列插入空队列
		QueuePop(nonemptyq);//删掉
	}
	//并返回栈顶元素
	int top=QueueFront(nonemptyq);
    QueuePop(nonemptyq);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) 
{
	//谁不为空就返回谁的队尾数据，队尾数据就是导数据之后栈顶的数据
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))
		return QueueBack(&obj->q1);
	else
		return QueueBack(&obj->q2);
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
	return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);//两个都为空才是空
}

void myStackFree(MyStack* obj) 
{
	QueueDestroy(&obj->q1);
	QueueDestroy(&obj->q2);
	free(obj);
}

3.用栈实现队列

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

和队列实现栈的思路一样，主要考察栈和队列的性质

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>


typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;		// 标识栈顶位置的
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);

// 栈顶插入删除
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);

bool STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST* pst);

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;

	// 表示top指向栈顶元素的下一个位置
	pst->top = 0;

	// 表示top指向栈顶元素
	//pst->top = -1;
}

void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);

	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = pst->capacity = 0;
}

// 栈顶插入删除
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->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}

	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	// 不为空
	assert(pst->top > 0);

	pst->top--;
}

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	// 不为空
	assert(pst->top > 0);

	return pst->a[pst->top - 1];
}

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);

	/*if (pst->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}*/

	return pst->top == 0;
}

int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top;
}
//以上为栈的代码
typedef struct 
{
	ST pushst;//入数据栈
	ST popst;//出数据栈
} MyQueue;


MyQueue* myQueueCreate() 
{
	MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
	STInit(&obj->popst);
	STInit(&obj->pushst);
	return obj;
}

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) 
{
	STPush(&obj->pushst, x);
}

int myQueuePop(MyQueue* obj)
{
	int front = myQueuePeek(obj);//有数据不动，没数据导数据
	STPop(&obj->popst);
	return front;
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) //返回队列开头的元素
{
	if (STEmpty(&obj->popst))//如果popst不为空,跳到最后返回栈顶元素
	{                        
		while (!STEmpty(&obj->pushst))
		{//popst为空，那就导数据，把pushst的数据导入popst，再返回栈顶元素
			STPush(&obj->popst, STTop(&obj->pushst));
			STPop(&obj->pushst);
		}
	}
	return STTop(&obj->popst);//返回栈顶元素
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) 
{
	return STEmpty(&obj->popst) && STEmpty(&obj->pushst);
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{
	STDestroy(&obj->popst);
	STDestroy(&obj->pushst);
	free(obj);
}

部分函数的结构如下：
在这里插入图片描述

4.设计循环队列

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
①
在这里插入图片描述
②
在这里插入图片描述

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdbool.h>

typedef struct
{
    int* a;//数组指针(一开始开的空间)
    int front;//头
    int back;//尾
    int k;//数据个数
} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));
    obj->front = 0;
    obj->back = 0;
    obj->k = k;
    return obj;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
    return obj->front == obj->back;//头等于尾是空
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj)
{
    return (obj->back + 1) % (obj->k + 1) == obj->front;//上述图片分析出的公式
}


bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) //插入
{
    if (myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;              //如果满了就返回错

    obj->a[obj->back] = value;
    obj->back++;
    obj->back %= (obj->k + 1);//防止越界
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) //删除
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;

    ++obj->front;
    obj->front %= (obj->k + 1);
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) //从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;

    return obj->a[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) //获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;

    if (obj->back == 0)
        return obj->a[obj->k];
    else
        return obj->a[obj->back - 1];
}


void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj)
{
    free(obj->a);
    free(obj);
}

部分代码结构如下：
①
在这里插入图片描述
②
在这里插入图片描述
③
在这里插入图片描述

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