数据结构进阶篇 之 【栈和队列】的实现讲解（附完整实现代码）

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一、栈

1、栈的概念及结构

2、栈的实现

二、队列

1、队列的概念及结构

2、队列的实现

三、栈和队列对比

四、完结撒❀

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一、栈

1、栈的概念及结构

概念

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。

要进行比喻的话，可以拿栈和肉串进行比较，因为都是先插进去的后出来。

看下动图方便大家理解：
入栈：
出栈：
可以看出来，先入栈的后出，后入栈的先出，并且
数据的删除和插入都是在栈顶进行。

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。
静态栈实际中一般不实用，所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈。
下面我们分装stack.c,和stack.h两个文件进行实现。
栈实现所包括的函数与顺序表有所不同，大家认真观看学习。

stack.c:

#include "stack.h"

//初始化
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

//销毁
void STDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);

	//空间不足
	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 == NULL)
		{
			perror("realloc fail:");
			return;
		}

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

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

//返回最后一位
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

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

//删除最后一位
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));

	ps->top--;
}

//返回栈总个数
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	
	return ps->top == 0;
}

stack.h:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>

typedef int STDataType;
typedef struct stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

//栈初始化
void STInit(ST* ps);

//栈销毁
void STDestory(ST* ps);

//栈顶

//入栈
void STPush(ST* ps, STDataType x);

//出栈

//删除最后一位
void STPop(ST* ps);
//返回最后一位
STDataType STTop(ST* ps);
//返回栈总个数
int STSize(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

bool isValid(char* s);

二、队列

1、队列的概念及结构

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

2、队列的实现

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（需要将数组头之后的数据全部进行前移）。

下面我们也是实现动态增长的队列：
Queue.c:

#include "Queue.h"

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

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

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

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

	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;

	//当队列为空
	if (pq->ptail == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//出队列（但不返回值）
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);

	if (pq->phead == pq->ptail)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
		pq->size--;
	}
	else
	{
		QNode* cur = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = cur;
		pq->size--;
	}
}

//返回头节点的值
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);

	return pq->phead->val;
}

//返回尾节点的值
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);

	return pq->ptail->val;
}

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	
	return pq->size == NULL;
}

//返回队列中的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

Queue.h:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>

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

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

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

//出队列（但不返回值）
void QueuePop(Queue* pq);

//返回头节点的值
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//返回尾节点的值
QDataType QueueBack(Queue* pq);

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

//返回队列中的个数
int QueueSize(Queue* pq);

三、栈和队列对比

1.栈在栈顶进行数据的插入和删除，而队列在队尾进行插入，在对头进行删除。

2.栈使用数组更优，而队列使用链表更优。

3.栈先进后出，队列先进先出。

四、完结撒❀

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