【数据结构与算法-初阶】栈和队列

• 1.栈
• • 1.1栈的概念及结构
  • 2.栈的实现
• 2.队列
• • 2.1队列的概念及结构
  • 2.2队列的实现

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（LastIn 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。

栈的实现一般是由数组或链表完成的，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。

在一般使用中，动态增容的栈更加实用。

typedef int STDataType; 
typedef struct Stack {
 	STDataType* a;
  	int top;        //栈顶
   	int capacity;//容量 
}ST;

//初始化 void StackInit(ST* ps);

//栈的销毁 void StackDestroy(ST* ps);

//插入 void StackPush(ST* ps, STDataType x);

//删除 void StackPop(ST* ps);

//取栈顶的元素 STDataType StackTop(ST* ps);

//判断栈是否为空 bool StackEmpty(ST* ps);

//返回栈的元素个数 int StackSize(ST* ps);

各接口的实现：

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = 0;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) >* newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc failn");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

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

bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

队列：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。

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

//出队列
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//获取队尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

各接口的实现:

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

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

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

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc failn");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

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

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

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	int size = 0;
	while (cur)
	{
		++size;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}