嵌入式入门Day23

news2024/12/26 12:36:37

数据结构Day4

  • 操作受限的线性表
  • 栈
    • 基本概念
    • 顺序栈
      • 顺序栈结构
      • 创建顺序栈
      • 判空和判满
      • 栈扩容
      • 入栈
      • 出栈
      • 遍历
      • 销毁栈
    • 链式栈
    • 队列
      • 基本概念
      • 顺序队列
        • 循环顺序队列定义
        • 循环队列的创建
        • 循环顺序队列的判空和判满
        • 循环顺序队列的入队
        • 循环顺序队列的遍历
        • 循环顺序队列的出队
        • 循环顺序队列的销毁
      • 链式队列
        • 链式队列的定义
        • 链式队列的创建
        • 链式队列的判空
        • 链式队列的入队
        • 链式队列的遍历
        • 链式队列的出队
        • 链式队列的销毁

在这里插入图片描述

操作受限的线性表

  1. 在显示生活中，我们可能使用的大多是操作受限的线性容器，都属于线性结构，但是只能进行部分操作
    • 做核酸：每次只能在队尾入队，在队头出队
    • 汽车过隧道：先进入隧道的车，先出隧道
    • 水杯：只能杯口加水，杯口出水
    • 手枪弹夹：先压入的子弹最后打出
  2. 只能在指定部位进行操作的线性表我们称为操作受限的线性表
  3. 分类
    • 栈：其插入和删除只允许出现在同一端的线性表称为栈
      特点：先进后出（FILO）或者后出先进（LIFO）
    • 队列：其插入和删除操作只允许在不同端进行的线性表称为队列
      特点：先进先出（FIFO）
    • 总结上述两个数据结构都是只允许在端点处进行操作的受限线性表

栈

基本概念

  1. 栈：操作受限的线性表，其插入和删除只能在同一端进行
  2. 特点：后进先出（LIFO）
    • 栈顶：能够进行插入和删除的一端称为栈顶
    • 栈底：不能被操作的一端称为栈底
  4. 分类
    • 顺序栈：顺序存储的栈
    • 链式栈：链式存储的栈

顺序栈

顺序栈结构

typedef int datatype;
typedef struct 
{
	datatype *data; 	//顺序表指针
	int top; 			//栈顶标记位
	int size; 			//栈空间标志
}SeqStack, *SeqStack_ptr;

创建顺序栈

//创建顺序栈
SeqStack_ptr stack_create(int size)
{
	//申请栈的空间
	SeqStack_ptr S = (SeqStack_ptr)malloc(sizeof(SeqStack));
	if (NULL == S)
	{
		printf("创建失败\n");
		return NULL;
	}
	//申请存储容器的空间
	S->data = (datatype *)malloc(sizeof(datatype)*size);
	if (NULL == S->data)
	{
		printf("创建失败\n");
		//释放栈的空间
		free(S);
		return NULL;
	}
	//均申请成功之后，整个顺序栈才创建成功
	S->top = -1;
	S->size = size;
	return S;
}

判空和判满

//判空
int stack_empty(SeqStack_ptr S)
{
	//判断栈的合法性，栈是否正常指向顺序表
	if (NULL == S || S->data == NULL)
	{
		printf("非法栈\n");
		return -1;
	}
	//栈顶标记为 -1 既是空
	return S->top == -1;
}
//判满
int stack_full(SeqStack_ptr S)
{
	//合法性判断
	if (NULL == S || S->data == NULL)
	{
		printf("非法栈\n");
		return -1;
	}
	//判断栈顶标记是否已经到达上限
	return S->top == S->size-1;
}

栈扩容

static int stack_expend(SeqStack_ptr S)
{
	//合法性判断
	if (NULL == S)
	{
		printf("非法栈\n");
		return -1;
	}
	//在堆区申请原本两倍的空间
	datatype *temp = (datatype *)malloc(sizeof(datatype)*S->size*2);
	if (NULL == temp)
	{
		printf("扩容失败\n");
		return -1;
	}
	//将之前空间的内容拷贝到新的空间中
	memcpy(temp, S->data, sizeof(datatype)*S->size);
	//释放之前的空间
	free(S->data);
	//将顺序表指针重新定位到新空间
	S->data = temp;
	//空间标志位翻倍
	S->size *= 2;
}

入栈

//入栈
int stcak_push(SeqStack_ptr S, datatype e)
{
	//合法性判断
 	if (NULL == S)
 	{
 		printf("非法栈\n");
		return -1;
 	}
	//栈满判断
	if (stack_full(S))
	{
		stack_expend(S);	
	}
	//先更新标志位，再更新数据
	S->top++;
	S->data[S->top] = e;
	return 0;
}

出栈

//出栈
int stack_pop(SeqStack_ptr S)
{
	//合法性和栈空判断
	if (NULL == S || stack_empty(S))
	{
		printf("出栈失败\n");
		return -1;
	}
	//先出栈，再动标志位
	datatype e = S->data[S->top];
	S->top--;

	return 0;
}

遍历

//遍历
int stack_show(SeqStack_ptr S)
{
	//合法性和栈满判断
	if (NULL == S || stack_empty(S))
	{
		return -1;
	}
	
	//遍历输出
	printf("从栈顶到栈底的元素依次为：");
	for (int i = S->top; i >= 0; i--)
	{
		printf("%d\t",S->data[i]);
	}
	putchar(10);
}

销毁栈

//销毁栈
void stack_destroy(SeqStack_ptr S)
{
	//判断指针是否为空
	if (NULL == S)
	{
		return;
	}
	//栈空间内顺序表指针是否为空
	if (NULL == S->data)
	{
		//为空 	直接释放栈指针
		free(S);
		S = NULL;
		return;
	}
	//均不为空 	先释放顺序表，再释放栈指针
	free(S->data);
	free(S);
	S = NULL;
	return;

}

链式栈

  1. 概念：链式存储的栈
  2. 实现方式：
    • 只进行头插和头删的单向链表就是一个链式栈
      单向链表的头部就是栈顶，尾部就是栈底
    • 只进行尾插和尾删的单向链表就是一个链式栈
      单向链表的尾部就是栈顶，单向链表的头部就栈底
    • 更加倾向于使用第一种形式，因为尾插和尾删的实现方式每一次操作都需要遍历一次整个栈

队列

基本概念

  1. 操作受限：插入和删除只能在不同端进行
  2. 队头：允许删除操作的一端称为队头
  3. 队尾：允许插入操作的一端称为队尾
  4. 分类：
    • 顺序队列：顺序存储的队列
    • 链式队列：链式存储的队列

顺序队列

  1. 普通顺序队列
    • 有一个连续的存储空间存储队列
    • 有一个变量标记队头元素的下标
    • 有一个变量标记队尾元素的下标
  2. 普通顺序队列的弊端：
    假溢满：队列中仍有空间存储变量，但是队尾到达上线后却判断队列已满无法存储新的数据
  3. 为了解决此问题，一般使用循环顺序队列
循环顺序队列定义
#define MAX 8

typedef int datatype;

typedef struct 
{
	datatype data[MAX]; 	//队列存储容器
	int head; 				//头指针
	int tail; 				//尾指针
}SeqQueue, *SeqQueue_ptr;
循环队列的创建
//创建循环队列
SeqQueue_ptr queue_create()
{
	//申请顺序队列空间
	SeqQueue_ptr Q = (SeqQueue_ptr)malloc(sizeof(SeqQueue));
	if (NULL == Q)
	{
		printf("创建失败\n");
		return NULL;
	}
	//初始化两个指针
	Q->head = 0;
	Q->tail = 0;
	return Q;
}
循环顺序队列的判空和判满
//判空
int queue_empty(SeqQueue_ptr Q)
{
	//合法性判断
	if (NULL == Q)
	{
		printf("非法队列\n");
		return -1;
	}
	//队头和队尾同指向时为空
	return Q->head == Q->tail;
}
//判满
int queue_full(SeqQueue_ptr Q)
{
	//合法性判断
	if (NULL == Q)
	{
		printf("非法队列\n");
		return -1;
	}
	//因为队满条件不能和队空条件一样
	//此处直接判断Q->tail+1和Q->head
	//并且存在Q套圈的现象
	//模上表长用于归零
	return (Q->tail+1)%MAX == Q->head;
}
循环顺序队列的入队
//入队
int queue_push(SeqQueue_ptr Q,datatype e)
{
	//合法性和队满判断
	if (NULL == Q || queue_full(Q))
	{
		printf("入队失败\n");
		return -1;
	}
	//数据更新
	Q->data[Q->tail] = e;
	//同判队满操作防止下标越界
	Q->tail = (Q->tail+1)%MAX;
	return 0;
}
循环顺序队列的遍历
//遍历
void queue_show(SeqQueue_ptr Q)
{
	//合法性和队空判断
	if (NULL == Q || queue_empty(Q))
	{
		printf("非法队列\n");
		return;
	}
	//顺序表的遍历
	printf("从队头到队尾的元素分别为：");
	for (int i = Q->head ; i != Q->tail; i = (i+1)%MAX)
	{
		printf("%d\t",Q->data[i]);	
	}
	putchar(10);
}
循环顺序队列的出队
//出队
int queue_pop(SeqQueue_ptr Q)
{
	//合法性和队空判断
	if (NULL == Q || queue_empty(Q))
	{
		printf("出队失败\n");
		return -1;
	}
	//头指针后移，防止越界
	Q->head = (Q->head+1)%MAX;
	return 0;

}
循环顺序队列的销毁
//销毁队列
void queue_destroy(SeqQueue_ptr Q)
{
	//判断是否需要销毁
	if (NULL == Q)
	{
		return ;
	}
	//直接释放队列空间
	free(Q);
	Q = NULL;
}

链式队列

  1. 实现方式：
    • 使用单向链表进行头插尾删来实现：此时链表的头部称为队尾，链表的尾部称为队头
    • 使用单向链表进行头删尾插来实现：此时链表的头部称为对头，链表的尾部称为队尾
  2. 以上两种方式，都涉及到对链表尾部的操作，每次进行对尾部的操作是，都需要遍历整个链表，比较麻烦
  3. 此时，我们可以设置两个指针，分别指向单向链表的头部和尾部，删除时，直接头删，插入时，使用尾指针进行尾插
链式队列的定义
//定义数据类型
typedef char datatype;

//定义链表节点
typedef struct Node
{
	union 
	{
		int len; 			//头节点指针域
		datatype data; 		//普通节点指针域
	};
	struct Node *next; 		//记录后继节点
}Node, *Node_ptr;

//定义链式队列
typedef struct LinkQueue
{
	Node_ptr head; 			//定位队头
	Node_ptr tail; 			//定位队尾
}LinkQueue, *LinkQueue_ptr;
链式队列的创建
//创建链式队列
LinkQueue_ptr queue_create()
{
	//在堆区申请队列的空间
	LinkQueue_ptr L = (LinkQueue_ptr)malloc(sizeof(LinkQueue));
	if (NULL == L)
	{
		printf("链式队列创建失败\n");
		return NULL;
	}

	//在堆区申请链表的空间
	Node_ptr H = (Node_ptr)malloc(sizeof(Node));
	if (NULL == H)
	{
		//若失败则释放先前申请的队列结构体空间
		printf("链表创建失败\n");
		free(L);
		L = NULL;
		return NULL;
	}
	//头节点初始化
	H->len = 0;
	H->next = NULL;
	//指针指向链表
	L->head = H;
	L->tail = H;
	return L;
}
链式队列的判空
//判空
int queue_empty(LinkQueue_ptr L)
{
	//合法性判断
	if (NULL == L)
	{
		printf("非法队列\n");
		return -1;
	}
	//头尾指针同指向时链表为空
	return L->tail == L->head;
}
链式队列的入队
//入队
int queue_push(LinkQueue_ptr L, datatype e)
{
	//合法性判断
	if (NULL == L)
	{
		printf("链表非法\n");
		return -1;
	}
	//申请节点封装新数据
	Node_ptr p = (Node_ptr)malloc(sizeof(Node));
	if (NULL == p)
	{
		printf("节点申请失败\n");
		return -1;
	}
	//新节点初始化
	p->data = e;
	p->next = NULL;
	
	//利用尾指针完成尾插
	L->tail->next = p;
	//更新尾指针
	L->tail = p;

	//表长变化
	L->head->len++;
	return 0;
}
链式队列的遍历
//遍历
void queue_show(LinkQueue_ptr L)
{
	//队列节点合法性判断，链表指针判断，队空判断
	if (NULL == L || NULL == L->head || queue_empty(L))
	{
		printf("遍历失败\n");
		return;
	}
	//遍历队列
	printf("从队头到队尾的元素分别为：");
	Node_ptr q = L->head->next;
	while (q)
	{
		printf("%c\t", q->data);
		q = q->next;
	}
	putchar(10);
}
链式队列的出队
//出队
int queue_pop(LinkQueue_ptr L)
{
	//队列节点合法性判断，链表指针判断，队空判断
	if (NULL == L || NULL == L->head || queue_empty(L))
	{
		printf("出队失败\n");
		return -1;
	}
	//头删
	Node_ptr p = L->head->next;
	L->head->next = p->next;
	free(p);
	p = NULL;
	L->head->len--;
	//如果链表已空
	if (NULL == L->head->next)
	{
		//尾指针归位，防止野指针
		L->tail = L->head;
	}


	return 0;
}
链式队列的销毁
//销毁队列
void queue_destroy(LinkQueue_ptr L)
{ 	
	//销毁条件判断
	if (NULL == L)
	{
		return;
	}
	if (NULL == L->head)
	{
		//不指向链表时，直接释放队列
		free(L);
	}
	//都有所指向时，先让所有元素出队，然后释放链表，最后释放指针
	while (!queue_empty(L))
	{
		queue_pop(L);
	}
	free(L->head);
	free(L);
	L = NULL;
}

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