文章目录
- 1、数组实现栈
- 栈的基本操作
- C语言实现
- C#语言实现
- 2、 数组实现队列
- 队列的基本操作
- C语言实现
- C# 语言实现
- C++语言实现
- 总结
在编程世界中，数据结构是构建高效算法的基石。栈和队列作为两种基本的数据结构，它们的应用非常广泛。本文将带领大家使用C，C#和C++三种编程语言，通过数组来实现栈和队列，并提供详细的代码示例。
1、数组实现栈
栈是一种后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构。使用数组实现栈的基本思路如下：
- 定义一个数组来存储栈中的元素。
- 定义一个变量来表示栈顶位置。
栈的基本操作
- 初始化：创建一个固定大小的数组，并将栈顶位置初始化为-1。
- 入栈（push）：将元素放入栈顶，并将栈顶位置加1。
- 出栈（pop）：移除栈顶元素，并将栈顶位置减1。
- 查看栈顶元素（peek）：返回栈顶元素，但不移除它。
- 判断栈是否为空（isEmpty）：如果栈顶位置为-1，则栈为空。
- 判断栈是否满（isFull）：如果栈顶位置等于数组长度-1，则栈满。
C语言实现
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#define MAX_SIZE 100
typedef struct Stack {
int data[MAX_SIZE];
int top;
} Stack;
void initializeStack(Stack *s) {
s->top = -1;
}
bool isFull(Stack *s) {
return s->top == MAX_SIZE - 1;
}
bool isEmpty(Stack *s) {
return s->top == -1;
}
void push(Stack *s, int value) {
if (isFull(s)) {
printf("栈已满，无法入栈\n");
return;
}
s->data[++s->top] = value;
}
int pop(Stack *s) {
if (isEmpty(s)) {
printf("栈为空，无法出栈\n");
return -1;
}
return s->data[s->top--];
}
int peek(Stack *s) {
if (isEmpty(s)) {
printf("栈为空\n");
return -1;
}
return s->data[s->top];
}
int main() {
Stack s;
initializeStack(&s);
push(&s, 10);
push(&s, 20);
printf("栈顶元素：%d\n", peek(&s));
printf("出栈元素：%d\n", pop(&s));
return 0;
}
C#语言实现
using System;
public class Stack {
private int[] data;
private int top;
private int maxSize;
public Stack(int size) {
maxSize = size;
data = new int[maxSize];
top = -1;
}
public bool IsFull() {
return top == maxSize - 1;
}
public bool IsEmpty() {
return top == -1;
}
public void Push(int value) {
if (IsFull()) {
Console.WriteLine("栈已满，无法入栈");
return;
}
data[++top] = value;
}
public int Pop() {
if (IsEmpty()) {
Console.WriteLine("栈为空，无法出栈");
return -1;
}
return data[top--];
}
public int Peek() {
if (IsEmpty()) {
Console.WriteLine("栈为空");
return -1;
}
return data[top];
}
}
class Program {
static void Main() {
Stack s = new Stack(100);
s.Push(10);
s.Push(20);
Console.WriteLine("栈顶元素：" + s.Peek());
Console.WriteLine("出栈元素：" + s.Pop());
}
}
C++语言实现
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
class Stack {
private:
vector<int> data;
int top;
int maxSize;
public:
Stack(int size) : maxSize(size), top(-1) {
data.resize(maxSize);
}
bool isFull() const {
return top == maxSize - 1;
}
bool isEmpty() const {
return top == -1;
}
void push(int value) {
if (isFull()) {
cout << "栈已满，无法入栈" << endl;
return;
}
data[++top] = value;
}
int pop() {
if (isEmpty()) {
cout << "栈为空，无法出栈" << endl;
return -1;
}
return data[top--];
}
int peek() const {
if (isEmpty()) {
cout << "栈为空" << endl;
return -1;
}
return data[top];
}
};
int main() {
Stack s(100);
s.push(10);
s.push(20);
cout << "栈顶元素：" << s.peek() << endl;
cout << "出栈元素：" << s.pop() << endl;
return 0;
}
2、 数组实现队列
队列是一种先进先出（First In First Out, FIFO）的数据结构。使用数组实现队列的基本思路如下：
- 定义一个数组来存储队列中的元素。
- 定义两个变量分别表示队列头部和尾部。
队列的基本操作
- 初始化：创建一个固定大小的数组，并将队列头部和尾部位置初始化为0。
- 入队（enqueue）：在队列尾部添加元素，并将尾部位置加1。
- 出队（dequeue）：移除队列头部元素，并将头部位置加1。
- 查看队列头部元素（front）：返回队列头部元素，但不移除它。
- 判断队列是否为空（isEmpty）：如果头部和尾部位置相同，则队列为空。
- 判断队列是否满（isFull）：如果尾部位置等于数组长度，则队列满。
C语言实现
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#define MAX_SIZE 100
typedef struct Queue {
int data[MAX_SIZE];
int front;
int rear;
} Queue;
void initializeQueue(Queue *q) {
q->front = 0;
q->rear = 0;
}
bool isFull(Queue *q) {
return (q->rear + 1) % MAX_SIZE == q->front;
}
bool isEmpty(Queue *q) {
return q->rear == q->front;
}
void enqueue(Queue *q, int value) {
if (isFull(q)) {
printf("队列已满，无法入队\n");
return;
}
q->data[q->rear] = value;
q->rear = (q->rear + 1) % MAX_SIZE;
}
int dequeue(Queue *q) {
if (isEmpty(q)) {
printf("队列为空，无法出队\n");
return -1;
}
int value = q->data[q->front];
q->front = (q->front + 1) % MAX_SIZE;
return value;
}
int front(Queue *q) {
if (isEmpty(q)) {
printf("队列为空\n");
return -1;
}
return q->data[q->front];
}
int main() {
Queue q;
initializeQueue(&q);
enqueue(&q, 10);
enqueue(&q, 20);
printf("队首元素：%d\n", front(&q));
printf("出队元素：%d\n", dequeue(&q));
return 0;
}
C# 语言实现
using System;
public class Queue {
private int[] data;
private int front;
private int rear;
private int maxSize;
public Queue(int size) {
maxSize = size;
data = new int[maxSize];
front = 0;
rear = 0;
}
public bool IsFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
public bool IsEmpty() {
return rear == front;
}
public void Enqueue(int value) {
if (IsFull()) {
Console.WriteLine("队列已满，无法入队");
return;
}
data[rear] = value;
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
public int Dequeue() {
if (IsEmpty()) {
Console.WriteLine("队列为空，无法出队");
return -1;
}
int value = data[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
public int Front() {
if (IsEmpty()) {
Console.WriteLine("队列为空");
return -1;
}
return data[front];
}
}
class Program {
static void Main() {
Queue q = new Queue(100);
q.Enqueue(10);
q.Enqueue(20);
Console.WriteLine("队首元素：" + q.Front());
Console.WriteLine("出队元素：" + q.Dequeue());
}
}
C++语言实现
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
class Queue {
private:
vector<int> data;
int front;
int rear;
int maxSize;
public:
Queue(int size) : maxSize(size), front(0), rear(0) {
data.resize(maxSize);
}
bool isFull() const {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
bool isEmpty() const {
return rear == front;
}
void enqueue(int value) {
if (isFull()) {
cout << "队列已满，无法入队" << endl;
return;
}
data[rear] = value;
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
int dequeue() {
if (isEmpty()) {
cout << "队列为空，无法出队" << endl;
return -1;
}
int value = data[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
int front() const {
if (isEmpty()) {
cout << "队列为空" << endl;
return -1;
}
return data[front];
}
};
int main() {
Queue q(100);
q.enqueue(10);
q.enqueue(20);
cout << "队首元素：" << q.front() << endl;
cout << "出队元素：" << q.dequeue() << endl;
return 0;
}
总结
本文通过C、C#和C++三种语言的示例，详细介绍了如何使用数组来实现栈和队列这两种基本的数据结构。通过这些示例，我们可以看到，虽然不同的编程语言有着不同的语法和特性，但它们在实现基本数据结构时的核心思想和步骤是相似的。
- 栈 的实现主要依赖于一个简单的数组和一个指示栈顶位置的变量。它的主要操作包括入栈（push）、出栈（pop）和查看栈顶元素（peek）。
- 队列 的实现则需要两个变量来分别跟踪队列的头部和尾部。队列的主要操作包括入队（enqueue）、出队（dequeue）和查看队首元素（front）。
在实际应用中，数组实现的栈和队列可能在性能上不是最优的选择，特别是在动态调整大小或者频繁进行插入和删除操作时。但是，它们是理解更复杂数据结构和算法的基础，也是锻炼编程技能的良好起点。
