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栈

 队列

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栈

栈（Stack）是一种常见的数据结构，它是一种线性数据结构，具有后进先出（Last In First Out, LIFO）的特点。栈可以看作是一个容器，只能在容器的一端进行插入和删除操作，这一端被称为栈顶（Top），另一端被称为栈底（Bottom）。

栈的基本操作有入栈（Push）、出栈（Pop）、获取栈顶元素（Top）和判断栈是否为空（Empty）。入栈操作将一个元素插入到栈顶，出栈操作将栈顶元素删除并返回，获取栈顶元素操作返回栈顶元素但不删除，判断栈是否为空操作返回一个布尔值。

栈的应用非常广泛，例如在计算机程序中，函数调用时会将函数的返回地址和局部变量等信息压入栈中，当函数返回时再将这些信息弹出栈。在表达式求值、括号匹配、迷宫求解等问题中，栈也是非常常用的数据结构。

栈可以使用数组或链表来实现，数组实现的栈叫做顺序栈，链表实现的栈叫做链式栈。顺序栈的优点是实现简单，但是容量固定，当栈满时需要重新分配空间，比较浪费内存。链式栈的优点是可以动态扩展，但是每个节点需要额外的指针空间，比较浪费存储空间。

以下是链式栈的实现：

头文件中：

typedef int StDataType;

typedef struct STNode
{
	StDataType data;
	struct STNode* next;
};

typedef struct Stack
{
	int size;
	struct STNode* top;
}Stack;

//栈初始化
void StackInit(Stack* pst);

//入栈
void StackPush(Stack* pst, StDataType x);

//出栈
void StackPop(Stack* pst);

//获取栈顶元素
StDataType StackTop(Stack* pst);

//判断栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* pst);

//销毁栈
void StackDestroy(Stack* pst);

源文件代码，接口实现：

//栈初始化
void StackInit(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	pst->top = NULL;
	pst->size = 0;
}

//入栈
void StackPush(Stack* pst, StDataType x)
{
	assert(pst);
	STNode* newnode = (STNode*)malloc(sizeof(STNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("StackPush error");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if(pst->top == NULL)
		pst->top = newnode;
	else
	{
		newnode->next = pst->top;
		pst->top = newnode;
	}
	pst->size++;
}

//出栈
void StackPop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->size);
	STNode* del = pst->top;
	pst->top = del->next;
	free(del);
	pst->size--;
}

//获取栈顶元素
StDataType StackTop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->size);
	StDataType ret = pst->top->data;
	return ret;
}

//判断栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* pst)
{
	return pst->top == NULL;
}

//销毁栈
void StackDestroy(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	STNode* cur = pst->top;
	while (cur)
	{
		STNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
	}
}

关于内存中的结构，即栈的结构体中有一个指向STNode结点的指针，指向这个链表的头节点

入栈就是这个链表的头插，出栈就是这个链表的头删

这个链表存放在动态开辟的内存--堆中，不使用后需要程序员自己销毁

如果栈是动态开辟的，那么销毁时要先销毁栈中指向的链表，再销毁栈

如果栈不是动态开辟的，那么只需要销毁栈中指向的链表即可

 队列

队列（Queue）是一种常见的数据结构，它是一种线性数据结构，具有先进先出（First In First Out, FIFO）的特点。队列可以看作是一个容器，只能在容器的一端进行插入操作，另一端进行删除操作，这一端被称为队尾（Rear），另一端被称为队头（Front）。

队列的基本操作有入队（Enqueue）、出队（Dequeue）、获取队头元素（Front）和获取队列长度（Size）。入队操作将一个元素插入到队尾，出队操作将队头元素删除并返回，获取队头元素操作返回队头元素但不删除，获取队列长度操作返回队列中元素的个数。

队列的应用也非常广泛，例如在操作系统中，进程调度时会使用队列来存储等待执行的进程，网络通信中，数据包也是通过队列来进行传输的。

队列可以使用数组或链表来实现，数组实现的队列叫做顺序队列，链表实现的队列叫做链式队列。顺序队列的优点是实现简单，但是容量固定，当队列满时需要重新分配空间，比较浪费内存。链式队列的优点是可以动态扩展，但是每个节点需要额外的指针空间，比较浪费存储空间。此外，还有循环队列的实现方式，可以避免顺序队列需要频繁的重新分配空间的问题。

以下是链式队列的实现：

头文件中：

typedef int QDataType;

typedef struct QNode//队列节点
{
    QDataType data;
    struct QNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue//队列
{
    QNode* front;
    QNode* tail;
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* queue);
//队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* queue);
//进队
void QueuePush(Queue* queue, QDataType x);
//出队
void QueuePop(Queue* queue);
//队列头部元素
int QueueTop(Queue* queue);
//队列尾部元素
int QueueBack(Queue* queue);
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* queue);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* queue);

源代码中，接口实现：

//初始化
void QueueInit(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	queue->front = NULL;
	queue->tail = NULL;
}

//队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	return queue->tail == NULL;
}

//进队
void QueuePush(Queue* queue, QDataType x)
{
	assert(queue);
	QNode* node = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	if (queue->tail == NULL)
	{
		queue->front = queue->tail = node;
	}
	else
	{
		queue->tail->next = node;
		queue->tail = node;
	}
}

//出队
void QueuePop(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	QNode* next = queue->front->next;
	free(queue->front);
	queue->front = next;
	if (queue->front == NULL)
	{
		queue->tail = NULL;
	}
}

//队列头部元素
int QueueTop(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	int ret = queue->front->data;
	return ret;
}

//队列尾部元素
int QueueBack(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	int ret = queue->tail->data;
	return ret;
}

//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	QNode* cur = queue->front;
	int size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* queue)
{
	assert(queue);
	QNode* cur = queue->front;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	queue->tail = NULL;
}

内存结构上，队列的结构体变量内有两个指针：front、tail，分别指向动态内存空间中一条链表中的头节点和尾节点

如果队列是动态开辟的，销毁时应该先销毁队列中指向的链表，再销毁队列这个结构体变量

如果队列不是动态开辟的，那么只需要销毁队列指向的单链表即可