一.栈
1.定义:一种线性表,只允许在固定的一端进行删除和插入数据的操作,该端叫栈底,另一端叫栈顶
2.特点:先进后出
注:栈中元素出栈是一对多的(他虽然满足先进后出但是我们可以在pop数据前先获取栈顶元素并打印再pop,这样就可能改变数据在屏幕上出现的顺序)
3.思路:可以用数组实现,也可以用链表实现
数组实现更简单,链表实现较为复杂,下面小编将从两方面解释不选择链表实现的原因
1>若选择单链表,在进行删除操作时,我们不好解决栈顶先前移一位的问题
2>若选择双向链表,将占用过多的内存
4.代码实现(以数组实现栈为例):
(1)栈的结构体定义:包含数组指针,栈顶的位置,有效空间容量
typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
STDatatype* arr;
int top;//栈顶
int capacity;//有效空间容量
}ST;
(2)栈的初始化:将栈顶初始化为0:表示栈顶指向最后一个数据的下一个
将栈顶初始化为-1:表示栈顶指向最后一个数据所在位置
//栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->arr = NULL;
//top指向栈顶后的一个元素,此时top等值于有效数据个数
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
(3)栈的销毁
//栈的销毁
void STDestory(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
ps->capacity = ps->top = 0;
}
(4)插入数据/入栈:先判断是否需要增容,再插入数据
//入栈
void STPush(ST* ps, STDatatype x)
{
assert(ps);
//判断是否需要增容
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity * 2==0 ? 4 : ps->capacity*2;
STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->arr, sizeof(STDatatype) * newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
ps->arr = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->arr[ps->top] = x;
ps->top++;
}
(5)删除数据/出栈:先判断数组是否为空,再将top--即完成删除
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->top > 0);
ps->top--;
}
(6)获取栈顶元素
//获取栈顶数据
STDatatype STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->arr[ps->top-1];
}
(7)判断栈是否为空:若top==0则为空
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
(8)栈中有效数据个数
//栈的有效数据个数
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
二.队列
1.定义:一种线性表,只允许在一端(队尾)进行数据插入,在另一端(队头)进行数据删除
2.特点:先进先出
注:队列的数据出队列时是一对一的
3.思路:可以用数组实现,也可以用链表实现
单链表实现更简单,数组实现较为复杂,是因为在使用数组实现时,进行删除数据不好记录下一次该删除数据的位置
4.代码实现(以单链表实现队列为例):
(1)队列的节点定义:指向下一个节点的指针,存储数据的数值
队列的结构体定义:队列的头指针,尾指针,队列有效数据的个数
typedef int QueueDataType;
typedef struct QueueNode
{
QueueDataType val;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* head;
QNode* tail;
int size;
}Queue;
(2)队列的初始化
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
(3)队列的销毁:先逐个销毁队列的节点,再销毁队列
//队列的销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* Next = cur->next;
free(cur);
cur = Next;
}
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
(4)插入数据:为该数据开辟一个新节点,若原队列中有数据则让尾指针向后走一步,若无则头尾 指针均指向该新节点
//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{
//开辟一个新节点
QNode* node = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (node == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
node->val = x;
node->next = NULL;
//队列中没有节点
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = node;
pq->tail = node;
}
else
{
pq->tail->next = node;
pq->tail = node;
}
pq->size++;
}
(5)删除数据:删除头指针指向的节点,并让头指针向后走一步,若只有一个节点删除后需将尾指针置空
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->size != 0);
QNode* next = pq->head->next;
free(pq->head);
pq->head = next;
if (pq->head == NULL)
{
pq->tail = NULL;
}
pq->size--;
}
(6)获取队头元素
//获取队头数据
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->head->val;
}
(7)获取队尾元素
//获取队尾数据
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->tail->val;
}
(8)判断队列是否为空
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
}
(9)队列的大小
//获取队列有效数据个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
三.栈与队列的相互转化
1.用栈实现队列
. - 力扣(LeetCode)
(1)思路:栈:先进后出,队列:先进先出
创建两个栈实现队列中数据的删除
(2)解题方法:
1>自己实现栈
2>定义一个队列结构体包含两个栈
3>队列的创建:为队列结构体malloc一块空间,防止出函数时结构体被销毁
4>队列的销毁:先销毁两个栈,再销毁队列
5>队尾插数据:当两栈均为空栈时:随便在哪个空栈的栈顶插入数据均可
当有一个栈不为空时:在非空栈的栈顶插入数据
6>队头删数据:将非空栈的前size-1个数据导入空栈中,再删除队头的数据。此时对下次删除来说栈中数据顺序是错乱的,故还需要将原空栈的数据导回原非空栈中。
7>判断队列为空:当两个栈均为空时,队列为空
8>获取队尾数据:即非空栈的栈顶数据
(3)代码实现:
typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
STDatatype* arr;
int top;//栈顶
int capacity;//有效空间容量
}ST;
//栈的初始化
void STInit(ST* ps);
//栈的销毁
void STDestory(ST* ps);
//入栈
void STPush(ST* ps, STDatatype x);
//出栈
void STPop(ST* ps);
//获取栈顶数据
STDatatype STTop(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
//栈的有效数据个数
int STSize(ST* ps);
//栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->arr = NULL;
//top指向栈顶后的一个元素,此时top等值于有效数据个数
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
//栈的销毁
void STDestory(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
ps->capacity = ps->top = 0;
}
//入栈
void STPush(ST* ps, STDatatype x)
{
assert(ps);
//判断是否需要增容
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity * 2==0 ? 4 : ps->capacity*2;
STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->arr, sizeof(STDatatype) * newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
ps->arr = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->arr[ps->top] = x;
ps->top++;
}
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->top > 0);
ps->top--;
}
//获取栈顶数据
STDatatype STTop(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->arr[ps->top-1];
}
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
//栈的有效数据个数
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
typedef struct {
ST st1;
ST st2;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue* pq=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
STInit(&(pq->st1));
STInit(&(pq->st2));
return pq;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
assert(obj);
if(!STEmpty(&(obj->st1)))
{
STPush(&(obj->st1),x);
}
else
{
STPush(&(obj->st2),x);
}
}
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
assert(obj);
ST* empty=&(obj->st1);
ST* noempty=&(obj->st2);
if(!STEmpty(&(obj->st1)))
{
empty=&(obj->st2);
noempty=&(obj->st1);
}
while(STSize(noempty)>1)
{
STPush(empty,STTop(noempty));
STPop(noempty);
}
STDatatype ret=STTop(noempty);
STPop(noempty);
//将noempty的数据导回empty,保证下次pop时数据顺序
while(STSize(empty)>0)
{
STPush(noempty,STTop(empty));
STPop(empty);
}
return ret;
}
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
if(!STEmpty(&(obj->st1)))
{
return obj->st1.arr[0];
}
else
{
return obj->st2.arr[0];
}
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return STEmpty(&(obj->st1)) && STEmpty(&(obj->st2));
}
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
assert(obj);
STDestory(&(obj->st1));
STDestory(&(obj->st2));
free(obj);
obj=NULL;
}
2.用队列实现栈
. - 力扣(LeetCode)
(1)思路:栈:先进后出,队列:先进先出
创建两个队列实现栈中数据的删除
(2)解题方法:
1>自己实现队列
2>定义一个栈结构体包含两个队列
3>栈的创建:为栈结构体malloc一块空间,防止出函数时结构体被销毁
4>栈的销毁:先销毁两个队列,再销毁栈
5>入栈:当两队列均为空队列时:随便在哪个空队列的队尾插入数据均可
当有一个队列不为空时:在非空队列的队尾插入数据
6>出栈:将非空队列的前size-1个数据导入空队列中,再删除栈顶元素。
7>判断栈为空:当两个队列均为空时,栈为空
8>获取栈顶数据:即非空队列的队尾元素
(3)代码实现:
typedef int QueueDataType;
typedef struct QueueNode
{
QueueDataType val;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* head;
QNode* tail;
int size;
}Queue;
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//队列的销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x);
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队头数据
QueueDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队尾数据
QueueDataType QueueBack(Queue* pq);
//获取队列有效数据个数
int QueueSize(Queue* pq);
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
//队列的销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* Next = cur->next;
free(cur);
cur = Next;
}
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{
//开辟一个新节点
QNode* node = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (node == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
node->val = x;
node->next = NULL;
//队列中没有节点
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = node;
pq->tail = node;
}
else
{
pq->tail->next = node;
pq->tail = node;
}
pq->size++;
}
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->size != 0);
QNode* next = pq->head->next;
free(pq->head);
pq->head = next;
if (pq->head == NULL)
{
pq->tail = NULL;
}
pq->size--;
}
//获取队头数据
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->head->val;
}
//获取队尾数据
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->tail->val;
}
//获取队列有效数据个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
}
typedef struct {
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) {
if(!QueueEmpty(&(obj->q1)))
{
QueuePush(&(obj->q1),x);
}
else
{
QueuePush(&(obj->q2),x);
}
}
int myStackPop(MyStack* obj) {
Queue* empty=&(obj->q1);
Queue* noempty=&(obj->q2);
if(!QueueEmpty(&(obj->q1)))
{
empty=&(obj->q2);
noempty=&(obj->q1);
}
//把前size-1个数据移到空队列中
while(QueueSize(noempty)>1)
{
QueuePush(empty,QueueFront(noempty));
QueuePop(noempty);
}
QueueDataType top=QueueFront(noempty);
QueuePop(noempty);
return top;
}
int myStackTop(MyStack* obj) {
if(!QueueEmpty(&(obj->q1)))
{
return QueueBack(&(obj->q1));
}
else
{
return QueueBack(&(obj->q2));
}
}
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
assert(obj);
return QueueEmpty(&(obj->q1)) && QueueEmpty(&(obj->q2));
}
void myStackFree(MyStack* obj) {
assert(obj);
QueueDestory(&(obj->q1));
QueueDestory(&(obj->q2));
free(obj);
obj=NULL;
}
四.循环队列
. - 力扣(LeetCode)
1.定义:一种线性结构,基于先进先出原则,将队尾与队头连接起来构成循环
2.特点:有限空间,保证先进先出,从重复使用
3.思路:可以用数组实现,也可以用链表实现
用数组实现较为简单,用链表实现比较困难,下面小编将从两个角度来解释原因:
1>若使用单链表,在删除数据时不好获取待删除数据的前一个节点的位置,无法实现队尾的改变
2>若使用双向链表,占用内存太大,而且此时在判空判满时需要比较两个节点的地址比较麻烦
4.代码实现(以数组实现为例):
(1)循环队列的结构体定义:数组指针,队头的下标,队尾下一个数据的下标,空间的大小
typedef struct {
int* a;
int head;//指向头
int rear;//指向尾的下一个
int k;//空间大小
} MyCircularQueue;
(2)循环队列的创建:
1>为循环队列malloc一块空间,防止出函数时,结构体被销毁
2>由于rear指向队尾的下一个数据,若直接开辟指定大小的空间,在插入最后一个数据时,rear会越界访问,此时我们称该情况为假溢出现象,为了解决假溢出我们可以采取以下两种措施
【1】为数组多开一块空间
【2】
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
MyCircularQueue* pc=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
//多开一块空间,解决假溢出问题
pc->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
pc->head=0;
pc->rear=0;
pc->k=k;
return pc;
}
(3)循环队列的销毁:先销毁为数组开辟的空间,再销毁循环队列
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
free(obj->a);
obj->a=NULL;
free(obj);
obj=NULL;
}
(4)循环队列的判空:
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
assert(obj);
//头与尾的下一个指向同一位置即为空
return obj->head==obj->rear;
}
(5)循环队列的判满:
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
assert(obj);
//尾的下一个和头指向的位置相同即为满
return obj->head==(obj->rear+1)%(obj->k+1);
}
(6)循环队列插入数据:在队尾插入数据,让rear向后走一步,为了避免rear++后越界访问,需要将自增后的rear模上k+1,使其在有效下标内且可以完成循环
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
assert(obj);
if(myCircularQueueIsFull(obj))
{
return false;
}
obj->a[obj->rear]=value;
obj->rear++;
obj->rear%=(obj->k+1);
return true;
}
(7)循环队列删除数据:删除队头数据,让head向后走一步,为了避免head++后越界访问,需要将自增后的head模上k+1,使其在有效下标内且可以完成循环(原理同上,就不再赘述了)
ool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
assert(obj);
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return false;
}
obj->head++;
obj->head%=(obj->k+1);
return true;
}
(8)获取队尾元素:
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
{
return obj->rear==0?obj->a[obj->k]:obj->a[obj->rear-1];
}
}
(9)获取队头元素:
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
{
return obj->a[obj->head];
}
}