超详细的数据结构3（初阶C语言版）栈和队列。

栈和队列

1.栈

1.1 概念与结构

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。

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。

1.2 栈的实现

stack.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
//定义栈的结构
typedef int STDataType;
typedef  struct Stack
{
	STDataType* arr;
	int capacity;    //栈的空间大小
	int top;         //栈顶
}ST;

//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//栈顶  --入数据，出数据
void StackPush(ST* ps,STDataType x);
void StackPop(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(ST* ps);
//取栈顶元素
STDataType Stacktop(ST* ps);
// 栈里的数据不能被遍历，也不能随机访问
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps);

stack.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack.h"
//初始化
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;//栈顶等于栈底
}

//销毁
void STDestroy(ST* ps) {
	assert(ps);
	if (ps->arr)
	
		free(ps->arr);
		ps->arr = NULL;
		ps->capacity = ps->top = 0;
}
//栈顶  --入数据，出数据
void StackPush(ST* ps, STDataType x)//入栈
{
	assert(ps);
	//判断空间是否足够
	if (ps->top == ps->capacity)//如果相等就说明栈满了  用栈顶和容量比大小
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail!");
			exit(1);
		}
		ps->arr = tmp;//将tmp增容到arr
		ps->capacity= newcapacity;//增容完，容量增大；
	}
	//空间足够
	ps->arr[ps->top++]=x;//栈顶向上移动
}
//出栈
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));//如果不为空，top--
   --ps->top;
	
}
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
//取栈顶元素
STDataType  Stacktop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->arr[ps->top - 1];
}
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return  ps->top;
}

test.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack.h"
void STTest()
{
	ST st;
	STInit(&st);
	///插入数据
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	StackPush(&st, 4);
	printf("size :%d\n", STSize(&st));

	StackPop(&st);
	//循环出栈，直到栈为空
	while (!StackEmpty(&st))
	{
		STDataType data = Stacktop(&st);
		printf("%d " ,data);
		//出栈
		StackPop(&st);
	}

	STDestroy(&st);
}
int main()
{
	STTest();
	return 0;
}

2. 队列

2.1 概念与结构

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。

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。

2.2 队列的实现

queue.h

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

//定义队列结构
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
	QueueNode*phead;
	QueueNode* ptail;
	int size;//队列有效个数
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//入队列 ，队尾
void QueuePash(Queue*pq, QDataType x);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//出队列，对头
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//队列有效元素个数
int	QueueSize(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

queue.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//入队列 ，队尾
void QueuePash(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		ferror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	//ptail newnode
	if (pq->phead == NULL) 
	{
		//队列为空
		pq->phead = pq->ptail= newnode;

	}
	else
	{
		//队列不为空
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;//pq->ptail->next
	}
	pq->size++;
}
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
}

//出队列，对头
void QueuePop(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//只有一个结点的情况,避免ptail变成野指针
	if (pq->ptail == pq->phead)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead =pq->ptail= NULL;
	
	}
	else
	{
		//删除队头元素
		QueueNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//队列不为空
	return pq->phead->data;
}
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//队列不为空
	return pq->ptail->data;
}
//队列有效元素个数
int	QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//int size = 0;
	//QueueNode* pcur = pq->phead;
	//while (pcur)
	//{
	//	size++;
	//	pcur = pcur->next;
	//}
	//return size;
	return pq->size;
}
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
}

test.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
void QueueTest01()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePash(&q, 1);
	QueuePash(&q, 2);
	QueuePash(&q, 3);
	QueuePash(&q, 4);
	/*QueuePop(&q);*/
	printf("head:%d\n",QueueFront(&q));
	printf("htail:%d\n",QueueBack(&q));
	printf("size:%d\n",QueueSize(&q));
	QueueDestroy(&q);
}
int main()
{
	QueueTest01();
	return 0;
}

总结

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