【数据结构初阶】5. 栈和队列

news2024/12/1 2:40:58

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。
在这里插入图片描述
从栈顶进，从栈顶出

这里理解栈不能和操作系统当中的栈区混淆
在这里插入图片描述
堆区是用来动态规划的（通常都很大，以G为单位），而栈区的空间则比较小（以M为单位）
所以在递归的过程中很容易出现栈溢出的现象
在这里插入图片描述
但是操作系统中的栈和数据结构中的栈有相似的性质：
操作系统的栈区中函数栈帧的创建也是先创建的后销毁，变量也是如此
数据结构中的栈是创建在堆区上的(堆区空间大，动态内存开辟)

1.2 栈的实现情况

在这里插入图片描述
通常情况下采取数组的形式设计栈，只要记住尾部位置即可，而且空间也是连续的，符合栈的性质
但是如果为了节省空间，也可以采取链表的方式
在这里插入图片描述

1.3 栈的代码实现

gitee代码提交：栈的实现

01 栈的定义和声明

typedef int STDataType;

typedef struct Stack
{
	STDataType* data;
	int capacity;
	int top;
}ST;

data–动态开辟的数组 capacity–容量 top–栈顶

02 栈的初始化

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->data = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

将ps->data 置NULL
ps->capacity 和 ps->top都置为0

03 销毁接口

void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->data);
	ps->data = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

将动态开辟的data释放，capacity和top置0 即可

04 推入接口 Push

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = realloc(ps->data, sizeof(ST) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->data = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->data[ps->top] = x;
	++ps->top;
}

栈因为其独特的性质，只能在栈顶插入元素，所以检查是否需要扩容也只需要在该模块进行（不需要再将其封装成CheckCapacity接口）
在ps->top的位置插入x，再让top++

05 弹出接口 Pop

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	--ps->top;
}

再弹出栈顶元素之前需要断言栈是否为空，直接–top即可

06 判空接口 Empty

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

不需要采用 if / else 的方式直接return top是否等于0 （等于0 返回1 不等于0 返回0）

07 计算栈元素个数接口

int StackSize(ST* ps)
{
	return ps->top;
}

当前top所在位置为栈顶元素的下一位，而返回个数正好是top

08 返回栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->data[ps->top - 1];
}

09 测试上述接口

在这里插入图片描述

在实现栈的过程中，不难发现有些接口过于简单，那有必要再将其封装成接口的形式嘛，直接在Test中实现不也可行嘛？

数据结构建议不要直接访问结构数据，一定要通过函数接口访问，主要是为了实现解耦 – 低耦合 高内聚。
当我们的栈实现完成后，调用栈的使用者不必关心我们内部如何实现，只需要调用接口即可。

1.4 栈的运用

有效的括号
在这里插入图片描述
该题要实现的就是括号的匹配问题，将左符号放在栈中，拿右符号与栈顶的左符号对应，若不匹配返回false
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
到这里代码通过了，是不是就完成了呢？
NO！NO！NO！ 我们可以很明显的发现只有最后的return flag 之前对栈进行了销毁StackDestroy 。
而其他return 返回值，并没有释放使用的栈空间，就会导致内存泄漏的问题。
虽然该问题很容易忽视，但当大项目出现内存泄漏的时候排查起来会非常困难，所以在平时要养成习惯：在开辟空间后要及时释放
在每个return前加上StackDestroy(&st);即可

队列

2.1 队列的概念及结构

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.2 队列的实现情况

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，就要进行挪动数据，将后面的数据往前挪 ，时间复杂度：O(N)

2.3 队列的代码实现

gitee仓库：队列的实现

01 队列的定义与声明

typedef int QDataType;

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

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

队列结点QNode
队列结构体Queue包含 结点指针head指向队头，结点指针tail指向队尾，size计算队列长度
两层结构体
将队列单独封装成结构体的好处，接口可以不需要使用到二级指针QNode** ，只需要使用Queue* 改变其中的内容即可
(如果不封装结构体，修改QNode* head 和QNode* tail 所指向内容需要使用二级指针QNode**)

02 初始化队列

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

03 销毁接口

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
		del = NULL;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

队列是通过链表的形式实现的，从head结点开始遍历即可

04 插入接口 Push

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
	}
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

队列的特性：只能在队尾插入数据
创建newnode 链接进队列，
若队列为空 newnode 为队头/队尾
若队列不为空 newnode 链接到tail 之后，成为新的队尾

05 弹出接口 Pop

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(del);
		del = NULL;
	}
	pq->size--;
}

队列的特性：只能从队头弹出数据
在弹出前，先断言队列是否为空，如果队列中只有一个元素，弹出后将head和tail置NULL
如果队列中还存在其他元素，找到下一结点，使之成为新结点

06 返回队头数据

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

07 返回队尾数据

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

在返回数据前先判断队列是否为空

08 判断是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}

09 队列长度

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

10 测试上述接口

void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);
	QueuePush(&q, 5);
	QueuePush(&q, 6);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);
	printf("\n当前队列长度：%d\n", QueueSize(&q));
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");
	QueueDestroy(&q);
}
int main()
{
	TestQueue();
	return 0;
}

队列和栈的出数据顺序

队列的出数据顺序只有一种，因为队列只能从队头弹出数据，即使数据存放在队列中，队列最终的出数据顺序还是只存在顺序的情况。
而栈只能从队尾弹出数据，所以可以在推入后立马弹出，也可以选择存放在栈中，所以栈的出数据顺序可以多种多样。

栈和队列的OJ题

1. 用队列实现栈

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

具体代码实现：

// ...
// 前面部分为队列的实现代码
// 将两个队列封装在结构体当中 该结构体为匿名结构体
typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
    // 创建双队列结构体
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    //对结构体中的双队列进行初始化
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //在其中一个队列中插入数据即可
    //q1 非空 插q1
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    //空 插q2
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

// 弹出并返回栈顶元素
int myStackPop(MyStack* obj) {
    //假设q1为空 q2为非空
    Queue* empty = &obj->q1;
    Queue* nonempty = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        empty = &obj->q2;
        nonempty = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(nonempty) > 1)
    {
        QueuePush(empty,QueueFront(nonempty));
        QueuePop(nonempty);
    }
    int top = QueueBack(nonempty);
    QueuePop(nonempty);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    //假设q1为空 q2为非空
    Queue* empty = &obj->q1;
    Queue* nonempty = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        empty = &obj->q2;
        nonempty = &obj->q1;
    }
    return QueueBack(nonempty);
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

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

    free(obj);
}

在代码实现过程中出现的问题：
在这里插入图片描述

2. 用栈实现队列

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

// ...
// 前面代码部分为栈的实现代码
typedef struct {
    ST pushST;
    ST popST; 
} MyQueue;


MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    StackInit(&obj->pushST);
    StackInit(&obj->popST);
    return obj;
}

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

void PushSTToPopST(ST* PushST,ST* PopST)
{
    while(!StackEmpty(PushST))
    {
        StackPush(PopST,StackTop(PushST));
        StackPop(PushST);
    }
}
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    if(StackEmpty(&obj->popST))
    {
        PushSTToPopST(&obj->pushST,&obj->popST);
    }
    int tmp = StackTop(&obj->popST);
    StackPop(&obj->popST);
    return tmp;
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if(StackEmpty(&obj->popST))
    {
        PushSTToPopST(&obj->pushST,&obj->popST);
    }
    return StackTop(&obj->popST);
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return StackEmpty(&obj->popST) && StackEmpty(&obj->pushST);
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    StackDestroy(&obj->popST);
    StackDestroy(&obj->pushST);
    free(obj);
}

3. 设计循环队列

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
逻辑结构：循环队列 物理结构：采用数组的方式存储（也可以用链表，虽然循环链表更符合逻辑结构，但是链表初始化链接…相对麻烦）

typedef struct {
    int N; // N个空间 
    int* a; // a数组
    int back;// 队尾的下一位
    int front;// 队头
} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    // 结构体判空
    if (obj == NULL)
    {
        perror("MyCircularQueue malloc fail");
        exit(-1);
    }
    // 数组长度设计为k+1
    obj->a = (int*)malloc((k + 1) * sizeof(int));
    // 数组判空
    if (obj->a == NULL)
    {
        perror("arror malloc fail");
        exit(-1);
    }
    obj->back = obj->front = 0;
    //数组长度
    obj->N = k + 1;
    return obj;
}

在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/152109.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

win7安装onenote2016时碰到30094-1011（0）的 问题

win7安装onenote2016时碰到30094-1011（0）的 问题

安装办法用途【1】中所有的更新【1】中下载IE11的依赖IE11360软件管家解决OneNote的登录界面不显示问题微软常用运行库360软件管家kernalbase.dll等文件的缺失windowsupdateagent-7.6-x64官网下载Windows6.1-KB4474419-v3-ia64.msu控制面板的update中选择安装支持sha-2校验【3】…
阅读更多...
【算法】差分数组

【算法】差分数组

目录1.概述2.代码实现3.应用本文参考： LABULADONG 的算法网站 1.概述 （1）差分数组的思想与前缀和算法的非常近似（有关前置和算法的具体细节可以参考前缀和算法这篇文章），其主要适用于频繁地对原始数组的某…
阅读更多...
国产单通道直流有刷马达驱动芯片型号推荐

国产单通道直流有刷马达驱动芯片型号推荐

直流有刷马达驱动芯片是一款适应消费类、工业类的单通道直流有刷驱动IC，适用于各类玩具，智能家居，智能三表。小封装，低功耗，内置完善的保护机制（过温/过流/过压）。具有一个PWM（INA/I…
阅读更多...
写了2年文章的我，昨天第一次露脸直播。

写了2年文章的我，昨天第一次露脸直播。

作为一名不知名的技术博主，上周六晚上在视频号第一次做露脸直播。 勇敢的迈出视频号开播的第一步，并且数据不错，这个感觉很爽，和写作输出完全是两回事。 写这篇文章的目的是鼓励技术博主们，也尝试一下直播和做视频。 …
阅读更多...
ClickHouse 挺快，esProc SPL 更快

ClickHouse 挺快，esProc SPL 更快

开源分析数据库ClickHouse以快著称，真的如此吗？我们通过对比测试来验证一下。 ClickHouse vs Oracle 先用ClickHouse（简称CH）、Oracle数据库（简称ORA）一起在相同的软硬件环境下做对比测试。测试基准使用国…
阅读更多...
基于ESP8266和SU-03T的离线语音红外遥控器设计

基于ESP8266和SU-03T的离线语音红外遥控器设计

一. 系统设计及框图 之前设计了基于ESP32模块的智能红外遥控器，具体功能见以下CSDN链接： 智能红外遥控器（一）：功能简介_远望创客学堂的博客-CSDN博客 上面这款智能红外遥控器可以实现红外的远程控制，也可…
阅读更多...
【从零开始学习深度学习】44. 图像增广的几种常用方式并使用图像增广训练模型【Pytorch】

【从零开始学习深度学习】44. 图像增广的几种常用方式并使用图像增广训练模型【Pytorch】

大规模数据集是成功应用深度神经网络的前提，图像增广（image augmentation）技术通过对训练图像做一系列随机改变，来产生相似但又不同的训练样本，从而扩大训练数据集的规模。图像增广的另一种解释是，随机改变…
阅读更多...
PCB入门学习—PCB封装的创建2

PCB入门学习—PCB封装的创建2

3.2 IC类PCB封装的创建注：PCB封装的名字一定要和原理图上填写的封装名字一样，不然对不上。规格书里有最大值最小值，就按最大值来做。快捷键EA是特殊粘贴。SOP-8:焊盘比较多时(BGA)可以利用向导去创建。做封装从规格书需要读取的数据&#xff…
阅读更多...
19-FreeRTOS 任务通知API

19-FreeRTOS 任务通知API

1-xTaskNotifyGive / xTaskNotifyGiveIndexed task.hBaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );BaseType_t xTaskNotifyGiveIndexed( TaskHandle_t xTaskToNotify, UBaseType_t uxIndexToNotify );每个任务都有一组“任务通知” （或仅“通知” &a…
阅读更多...
Tomcat Connector运行模式

Tomcat Connector运行模式

目录 1 Tomcat Connector运行模式 1.1 BIO 模式 1.2 NIO 模式 1.3 APR模式 2 修改Tomcat Connector运行模式为apr 或者解决问题The APR not found 问题 2.1 linux系统 2.2 windows处理 1 Tomcat Connector运行模式 1.1 BIO 模式 BIO模式（blocking I/O&am…
阅读更多...
[C语言]运用函数指针数组构建一个简单计算器

[C语言]运用函数指针数组构建一个简单计算器

1.函数指针数组 函数指针数组，即为存放函数首地址的数组，类型为函数指针类型。 2.运用函数指针数组构建简单计算器 1.人机交互，首先要用选择加减或乘除的菜单，再分别写出其功能 void menu() {printf("****************…
阅读更多...
嵌入式实时操作系统的设计与开发（五）

嵌入式实时操作系统的设计与开发（五）

线程退出 当线程代码执行完后，系统会隐式地调用acoral_thread_exit()函数进行线程退出相关的操作。 acoral_thread_exit()本质上是要执行acoral_kill_thread()。 void acoral_thread_exit(){acoral_kill_thread(acoral_cur_thread); }void acoral_kill_thread(aco…
阅读更多...
ccbill 代码分析

ccbill 代码分析

ccbill目录概述需求：设计思路实现思路分析1.BillState2.DBList3.DBListAttr4.DBListDBSrc5.DBListDBSrcsDBListsSurvive by day and develop by night. talk for import biz , show your perfect code,full busy，skip hardness,make a better result,wai…
阅读更多...
每日一题：Leetcode59. 螺旋矩阵 II

每日一题：Leetcode59. 螺旋矩阵 II

文章目录 系列：数组专练 语言：java & go 题目来源：Leetcode59. 螺旋矩阵 II 难度：中等 考点：边界问题的处理 & 圈数处理 思路和参考答案文章目录题目描述思路java解法：java参考代码go参考代码&…
阅读更多...
OceanBase 4.0解读：从TPC-H性能测评看4.0与3.x差异

OceanBase 4.0解读：从TPC-H性能测评看4.0与3.x差异

关于作者 肖帆 OceanBase技术专家 OceanBase技术专家，开源生态团队成员。毕业于华中科技大学软件工程专业，从事数据库领域的质量保障工作，曾就职于有赞、网易，参与关系型数据库、缓存数据库、对象存储相关产品的测试开发&#x…
阅读更多...
.net core api调用webserver接口（详细）

.net core api调用webserver接口（详细）

这里废话不多说，我就不简述什么事webserver了，相信点进本博客的大佬都是为了解决问题。 .net core 调用webserver的话还挺简单。首先我们先有个.net core api的项目。 1.我们先注入这个HttpClient 这个内置对象，一会要用到。 // 注入HttpC…
阅读更多...
Vue Hook Event 解读

Vue Hook Event 解读

前言 Hook Event (钩子事件)相信很多 Vue 开发者都没有使用过，甚至没听过，毕竟 Vue 官方文档中也没有提及。 Vue 提供了一些生命周期钩子函数，供开发者在特定的逻辑点添加额外的处理逻辑，比如: 在组件挂载阶段提供了beforeMount 和…
阅读更多...
代码随想录day34

代码随想录day34

1005. K 次取反后最大化的数组和 题目 给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，按以下方法修改该数组： 选择某个下标 i 并将 nums[i] 替换为 -nums[i] 。 重复这个过程恰好 k 次。可以多次选择同一个下标 i 。 以这种方式修改数组后，返回数…
阅读更多...
linux笔记(9):MangoPi-MQ（芒果派麻雀D1s）Tina系统编译烧录

linux笔记(9):MangoPi-MQ（芒果派麻雀D1s）Tina系统编译烧录

文章目录1.下载相关资料1.1 WhyCan Forum(哇酷开发者社区)提供的sdk1.1.1 SDK解压过程1.2 WhyCan Forum(哇酷开发者社区)提供的补丁1.2.1 补丁包含的文件1.2.2 补丁文件和D1下面的相同文件进行合并1.2.3 引脚PD17被复用，导致LCD变暗，修改设备树2. 编译ti…
阅读更多...
【node.js 安装】linux下安装node.js

【node.js 安装】linux下安装node.js

下面我们介绍安装包安装方法 nodejs官网下载地址1 nodejs官网下载地址2 我们以官网下载地址2打开 直接下载源代码，rz上传到/opt/tools/ 目录下 tar -xJvf node-v18.13.0-linux-x64.tar.xz配置环境变量，vim /etc/profile ，配置内容如下&am…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023