【数据结构】栈和队列（实现+面试题）

• 栈和队列
• • 1. 栈
  • • 1.1 栈的概念及结构
    • 1.2 栈的实现
    • • 1.2.1 声明
      • 1.2.2 实现
  • 2. 队列
  • • 2.1 队列的结构及概念
    • 2.2 队列的实现
    • • 2.2.1 声明
      • 2.2.2 实现
  • 3. 栈和队列OJ题

• 栈是一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除操作。
• 进行数据插入和删除操作的一段被称为栈顶，另一端则被称为栈底。
• 栈中的数据元素遵循后进先出（Last In Fist Out）的原则。
• 栈的插入操作被称为进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。
• 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。

//由于静态栈实用性较低，本文实现的是动态栈

typedef int STDataType;//类型重定义，增加代码的灵活性，便于修改
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int capacity;
	int top;// 当前栈顶的位置
}ST;

//初始化
void StackInit(ST* ps);
//插入
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
//删除
void StackPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps);
//销毁
void StackDestory(ST* ps);
//判空
bool StackEmpty(ST* ps);
//数据个数
int StackSize(ST* ps);

1. 初始化栈

//初始化
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//1. 开空间
	// 
	//2. 不开空间
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

2. 销毁栈

//销毁
void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

3. 入栈

//插入
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//容量不足，扩容
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (!tmp)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	//插入
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

4. 出栈

//删除
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

	ps->top--;
}

5. 获取栈顶元素

//访问栈顶数据
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

	return ps->a[ps->top - 1];
}

6. 检测栈是否为空

//判空
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

7. 获取栈中有效元素个数

//数据个数
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

• 队列是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。
• 遵循先进先出FIFO(First In First Out) 的原则。
• 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。

typedef int QDateType;
//结点
typedef struct QueueNode
{
	QDateType data;
	struct QueueNode* next;
	//int size;
}QNode;

//封装的结点指针
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
//插入
void QueuePush(Queue* pq, QDateType x);
//删除
void QueuePop(Queue* pq);
//取头部数据
QDateType QueueFront(Queue* pq);
//取尾部数据
QDateType QueueBack(Queue* pq);
//判空（容量）
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//大小
int QueueSize(Queue* pq);

1. 初始化队列

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

2. 销毁队列

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

3. 队尾入队列

//插入
void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq);
	//开辟新节点
	QNode* newNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newNode->data = x;
		newNode->next = NULL;
	}
	//插入
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newNode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newNode;
		pq->tail = newNode;
	}
}

4. 队头出队列

//删除
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(del);
	}
}

5. 获取队列头部元素

//取头部数据
QDateType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

6. 获取队列队尾元素

//取尾部数据
QDateType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

7. 检测队列是否为空

//判空（容量）
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}

8. 获取队列中有效元素个数

//大小
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	int n = 0;
	while (cur)
	{
		n++;
		cur = cur->next;
	}

	return n;
}

尝试使用栈和队列挑战下面的OJ题吧：

1. 括号匹配问题。OJ链接
2. 用队列实现栈。OJ链接
3. 用栈实现队列。OJ链接
4. 设计循环队列。OJ链接