Lesson4--栈和队列

news2025/1/16 21:19:23

目录

1.栈

1.1栈的概念及结构

1.2栈的实现

        初始化栈

        销毁栈

        栈的扩容

        入栈

        出栈

         获取栈顶元素

        获取栈中有效元素个数

        判空

程序代码如下

Stack.h

Stack.c

test.c

2.队列

2.1队列的概念及结构

​2.2队列的实现

        初始化队列

        队尾入队列

        队头出队列

        获取队列头部元素

        获取队列队尾元素

        获取队列中有效元素个数

        队列打印

        队列判空

        销毁队列

Queue.h

Queue.c

test.c

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

 

可以使用数组（数组栈）或者链表（链表栈）实现栈。

数组栈实现更优一些。因为数组栈 尾插尾删效率更高，且缓存利用率高。

单链表，适合头插头删，如果用头作栈顶，可以设计成单链表，但是有点怪。用尾作栈底，要设计成双向链表，否则增删数据效率低。
 

 

 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。

#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;
	int capacity;
}ST;

// 初始化栈
void StackInit(ST* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(ST* ps);
// 入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
// 出栈
void StackPop(ST* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* 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(ST* ps);

初始化栈

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;//ps->top=-1;
}

销毁栈

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

栈的扩容

void StackCheckCapacity(ST* ps)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
}

 入栈

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	StackCheckCapacity(ps);
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;

}

出栈

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

 获取栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

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

获取栈中有效元素个数

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

判空

// 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(ST* ps)
{
	assert(ps);
	/*if (ps->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}*/
	//换成下面语句就行了
	return ps->top == 0;
}

程序代码如下

Stack.h

#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;
	int capacity;
}ST;

void StackInit(ST* ps);
void StackDestroy(ST* ps);
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
void StackPop(ST* ps);
STDataType StackTop(ST* ps);
int StackSize(ST* ps);
bool StackEmpty(ST* ps);

Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;//ps->top=-1;
}

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

void StackCheckCapacity(ST* ps)
{
	assert(ps);

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

}

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

	return ps->a[ps->top - 1];
}
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	/*if (ps->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}*/
	//换成下面语句就行了
	return ps->top == 0;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Stack.h"

void test1()
{
	ST st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	printf("%d ", StackTop(&st));

	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	StackPop(&st);
	//printf("%d ", StackTop(&st));
	StackDestroy(&st);

}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

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

 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。

typedef int QDataType;

//链式结构：表示队列
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;//指针域
	QDataType data;//数据域
}QueueNode;

//队列链表的头指针与尾指针
typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
//队列打印
void QueuePrint(Queue* pq);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

初始化队列

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

队尾入队列

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = BuyQueueNode(x);
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

队头出队列

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//if (pq->head == NULL)
	//	return;
	assert(!QueueEmpty(pq));

	QueueNode* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

获取队列头部元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

获取队列队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

获取队列中有效元素个数

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

	int n = 0;
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}

	return n;
}

队列打印

void QueuePrint(Queue* pq)
{
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");

}

队列判空

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

销毁队列

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;// QueueNode* cur =NULL
	while (cur != NULL)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

Queue.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

typedef int QDataType;

//链式结构：表示队列
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;//指针域
	QDataType data;//数据域
}QueueNode;

//队列链表的头指针与尾指针
typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
//队列打印
void QueuePrint(Queue* pq);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Queue.h"

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

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;// QueueNode* cur =NULL
	while (cur != NULL)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}
QueueNode* BuyQueueNode(QDataType x)
{
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = BuyQueueNode(x);
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}
void QueuePrint(Queue* pq)
{
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");

}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//if (pq->head == NULL)
	//	return;
	assert(!QueueEmpty(pq));

	QueueNode* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

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

	int n = 0;
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}

	return n;
}

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

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Queue.h"


void test1()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePrint(&q);
	/*QueuePop(&q);
	QueuePop(&q);
	QueuePop(&q);
	QueuePop(&q);*/
	QueuePrint(&q);

	printf("%d\n", QueueFront(&q));
	printf("%d\n", QueueBack(&q));
	QueueDestroy(&q);

}

void test2()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QDataType front = QueueFront(&q);
	printf("%d ", front);
	QueuePop(&q);

	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		QDataType front = QueueFront(&q);
		printf("%d ", front);
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");
}
int main()
{
	//test1();
	test2();
	return 0;
}

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