栈和队列的实现（C语言）

1：栈

1：概念和结构

栈：一种特殊的线性表，其只运行在固定的一段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先进后出的原则。

压栈：在栈里面插入元素

出栈：在栈里面删除元素

2：栈的实现

1：stack.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
  
typedef struct Stack
{
	STDataType* arr;
	int top;		// 栈顶
	int capacity;  // 容量 
}Stack;
// 初始化栈 
void StackInit(Stack* ps);
// 入栈 
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈 
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素 
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(Stack* 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 
int StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈 
void StackDestroy(Stack* ps);

2:stack.c

#include"stack.h"

void StackInit(Stack* ps)
{
	ps->arr = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)malloc(newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(1);
		}
		ps->capacity = newcapacity;
		ps->arr = tmp;
	}
	ps->arr[ps->top++] = data;
}

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->top--;
}

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	return ps->arr[ps->top-1];
}

int StackSize(Stack* ps)
{
	return ps->top - 1;
}

int StackEmpty(Stack* ps)
{
	if (ps == NULL)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	free(ps->arr);
	free(ps);
}

2:队列

1：概念结构

 概念：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，队列具有先进先出的特点。

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对头

队列底层结构选型

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。

2：队列的实现

1：Queue.h

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

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列 
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q);
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);

2：Queue.c

#include"Queue.h"

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

void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;
	if (q->head == NULL)
	{
		q->head = q->tail = newnode;
	}
	else
	{
		q->tail->next = newnode;
		q->tail = q->tail->next;
	}
}

void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	if (q->head == q->tail)
	{
		free(q->head);
		q->head = q->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = q->head->next;
		free(q->head);
		q->head = next;
	} 
}

QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	return q->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	return q->tail->data;
}

int QueueSize(Queue* q)
{
	int cout = 0;
	QNode* tmp = q->head;
	while (tmp != NULL)
	{
		cout++;
		tmp = tmp->next;
	}
	return cout;
}

int QueueEmpty(Queue* q)
{
	if (q->head == NULL)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* pcur = q->head;
	while (pcur)
	{
		QNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	q->head = q->tail = NULL;
}