数据结构-＞手把手教入门栈与列队（基础）

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1.什么是栈

1.1栈的概念及结构

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。

这种结构类似于弹夹：遵守后进先出的原则

1.2栈的实现

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。

2.栈的实现

这里我们讲解数组（顺序表）实现

2.1栈的初始化和销毁

这里顺序表一样，a是数组，free是释放一块连续的空间。

2.2栈的节点创建

这里注意的是创建后，记得top++；

2.3出栈和返回栈顶元素

2.4返回栈的数据个数和判断栈为空

2.5测试代码：

这里我们讲一个点，我们只创建一个栈Stack s，如果要创建两个栈，最好使用结构体包装起来，比如说：

这样就可以直接创建两个顺序表了。

3.什么是列队

3.1队列的概念及结构

列队列队其实可以理解为排队

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。

4.列队的实现

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。

所以我们选择链表实现。

4.1列队初始化和销毁

4.2入队列

4.3出队列

出队列是链表的头删操作。

4.4找到列队头尾

4.5列队判断为空和数据个数

5.代码

5.1列队代码：

Queue.h

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


typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	int val;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

 入队列
//void QueuePush(QNode** pphead, QNode** pptail);

 出队列
//void QueuePop(QNode** pphead, QNode** pptail);

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;
//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//列队销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

// 入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
// 出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//列队前
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//列队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//数据个数
int QueueSize(Queue* pq);

Queue.c

#include"Queue.h"
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);

		cur = next;
	}

	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

// 入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->ptail)
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

// 出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	// 0个节点
	// 温柔检查
	//if (pq->phead == NULL)
	//	return;

	// 暴力检查 
	assert(pq->phead != NULL);

	// 一个节点
	// 多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}

	pq->size--;
}
//返回队列头
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	// 暴力检查 
	assert(pq->phead != NULL);

	return pq->phead->val;
}
//返回队列尾
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	// 暴力检查 
	assert(pq->ptail != NULL);

	return pq->ptail->val;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size == 0;
}

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

	return pq->size;
}

Test.c

//队列，链表实现
#include"Queue.h"

int main()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);

	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);

	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

	QueueDestroy(&q);

	return 0;
}

5.1栈代码：

Stack.h

#pragma once

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

//方便以后改数据类型
typedef int STDataType;
//顺序表
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}Stack;

//初始化
void STInit(Stack* ps);

//栈销毁
void STDestroy(Stack* ps);

//进栈
void STPush(Stack* ps, STDataType x);

//出栈
void STPop(Stack* ps);

//出栈顶元素
STDataType STTop(Stack* ps);

//链表数据个数
int STSize(Stack* ps);

//判断链表为不为空
bool STEmpty(Stack* ps);

Stack.c

#include"Stack.h"

void STInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}

void STDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);

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


void STPush(Stack* 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, newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}

	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

void STPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	ps->top--;
}

STDataType STTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

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

int STSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

bool STEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}