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【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作

彭维盛 2022-11-17 阅读 106
数据结构#include顺序表链表云平台云计算


目录

​​1.栈的概念​​

​​ 2.栈的结构​​

​​ 3.实现栈的基本操作​​

​​3.1栈的初始化​​

​​3.2压栈​​

​​3.3出栈​​

​​3.4 取栈顶元素​​

​​3.5 计算栈内元素个数​​

​​3.6栈的判空​​

​​3.7栈的销毁​​

​​4.源代码​​

​​4.1stack.c​​

​​4.2stack.h​​

​​4.3test.c​​

​​ 4.4效果​​

​​1.队列的概念​​

​​ 2.队列的结构​​

​​ 3.实现队列的基本操作​​

​​3-1结构体定义​​

​​3-2队列的初始化​​

​​3-3入队列​​

​​3-4出队列​​

​​3-5取队头元素​​

​​3-6取队尾元素​​

​​3-7队列判空​​

​​3-8队列长度​​

​​3-9队列销毁​​

​​4.源代码​​

​​4-1queue.c​​

​​4.2queue.h​​

​​4.3test.c​​

​​4.4效果图​​

1.栈的概念

栈，一种特殊的线性表，特殊在于只允许在固定的一端进行插入删除数据，插入和删除数据的一端是栈顶，另一端是栈底，已经在栈中的数据满足Fist In  Last Out的原则。

压栈：栈顶插入数据

出栈：栈顶弹出数据

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_链表

 

 2.栈的结构

总体而言，用顺序表和链表实现都可以，但是由于栈只支持在栈顶插入删除数据，且要满足后进先出，而顺序表尾插尾删的效率比链表高，（顺序表唯一的缺点在这就是扩容有性能和空间的消耗）同时也满足后进先出的原则，所以选择顺序表实现好！

有人可能会说用链表，然后定义一个尾指针，这样尾插效率不是也很高吗？

答：定义一个尾指针，链表的插入时很方便，但是尾删呐？？

其实顺序表，双向循环链表，头上操作单链表都行，但是由于顺序表命中率高的优点，还是选择顺序表。

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_#include_02

 3.实现栈的基本操作

3.1栈的初始化

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_链表_03

  1.  选择哪一个方式初始化top都可以，但是记得做到和后面的push等做到统一。
  2.  建议再主函数内判空操作不直接自己if(ps->top==0)等，因为这个内部怎么实现的不一定是初始化为ps->top=0,而是建议调用函数去判空if(StackEmpty(&ST))

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

3.2压栈

void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{
  assert(ps);

  if(ps->top == ps->capacity)
  {
    int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity*2;
    STDateType* temp = (STDateType*)realloc(ps->a, sizeof(STDateType)*newcapacity);
    if (temp == NULL)
    {
      perror("malloc fail.\n");
      exit(-1);
    }
    ps->capacity = newcapacity;
    ps->a = temp;
  }
  ps->a[ps->top] = x;
  ps->top++;
}

3.3出栈

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

3.4 取栈顶元素

STDateType StackTop(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!StackEmpty(ps));
  return ps->a[ps->top - 1];
}

3.5 计算栈内元素个数

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

3.6栈的判空

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

3.7栈的销毁

void StackDestory(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->top = ps->capacity = 0;
}

4.源代码

4.1stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack.h"
void StackInit(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  ps->a = NULL;
  ps->top = ps->capacity = 0;
}

void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{
  assert(ps);

  if(ps->top == ps->capacity)
  {
    int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity*2;
    STDateType* temp = (STDateType*)realloc(ps->a, sizeof(STDateType)*newcapacity);
    if (temp == NULL)
    {
      perror("malloc fail.\n");
      exit(-1);
    }
    ps->capacity = newcapacity;
    ps->a = temp;
  }
  ps->a[ps->top] = x;
  ps->top++;
}

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

STDateType StackTop(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!StackEmpty(ps));
  return ps->a[ps->top - 1];
}

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

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


void StackDestory(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->top = ps->capacity = 0;
}

4.2stack.h

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

typedef int STDateType;
typedef struct Stack
{
  STDateType* a;
  int top;
  int capacity;
}Stack;

void StackInit(Stack* ps);

void StackPush(Stack* ps,STDateType x);

void StackPop(Stack* ps);

STDateType StackTop(Stack* ps);

bool StackEmpty(Stack* ps);

int StackSize(Stack* ps);

void StackDestory(Stack* ps);

4.3test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"stack.h"


int main()
{
  Stack ST;
  StackInit(&ST);
  StackPush(&ST, 1);
  StackPush(&ST, 2);
  StackPush(&ST, 3);
  StackPush(&ST, 4);
  STDateType top = StackTop(&ST);
  printf("top:%d\n", top);
  StackPop(&ST);
  top = StackTop(&ST);
  printf("top:%d\n", top);
  int size = StackSize(&ST);
  printf("size:%d\n", size);
  StackDestory(&ST);
  return 0;
}

 4.4效果图

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_链表_04

1.队列的概念

队列是一种特殊的线性表，特殊在只能从一端进行插入操作，另一端进行删除操作，队列具有Fist  In First Out的原则。

队尾：进行插入操作的一端，这个过程叫做入队列

队头：进行删除操作的一端，这个过程叫做出队列

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_顺序表_05

抽号机：先来先服务，先给号码排队 （涉及嵌入式）

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_顺序表_06

 

 

 2.队列的结构

队列我们采用链表实现：顺序表在满了要扩容，删完了后再入队列的时候还得扩容

链表的话，入队列就是尾插，定义一个尾指针。出队列就是头删，定义一个头指针

 3.实现队列的基本操作

3-1结构体定义

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_#include_07

 

typedef int QDateType;
typedef struct QueueNode
{
  struct QueueNode* next;
  QDateType val;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
  QueueNode* head;
  QueueNode* tail;
}Queue;

3-2队列的初始化

这里的链表队列我并没有带头，没有带头就要在入队列和出队列时有一点特殊情况的考虑

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

3-3入队列

相当于尾插，考虑特殊情况：队列为空的情况

//入队列：尾插
void QueuePush(Queue* ps,QDateType x)
{
  assert(ps);
  QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
  newnode->next = NULL;
  newnode->val = x;
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail.");
    exit(-1);
  }
  if (ps->tail == NULL)
  {
    ps->head = ps->tail = newnode;
  }
  else
  {
    ps->tail->next = newnode;
    ps->tail = ps->tail->next;
  }
}

3-4出队列

相当于头删，考虑特殊情况：只有一个结点的情况，出队列后要改变ps->tail

void QueuePop(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!QueueEmpty(ps));
  if (ps->head->next == NULL)
  {
    free(ps->head);
    ps->head = ps->tail = NULL;
  }
  else
  {
    QueueNode* next = ps->head->next;
    free(ps->head);
    ps->head = next;

  } 
}

3-5取队头元素

QDateType QueueFront(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!QueueEmpty(ps));
  return ps->head->val;
}

3-6取队尾元素

QDateType QueueBack(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!QueueEmpty(ps));
  return ps->tail->val;
}

3-7队列判空

bool QueueEmpty(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->tail == NULL;
}

3-8队列长度

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

3-9队列销毁

void QueueDestory(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  QueueNode* cur = ps->head;
  while (cur)
  {
    QueueNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  ps->head = ps->tail = NULL;
}

4.源代码

4-1queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"queue.h"

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

void QueueDestory(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  QueueNode* cur = ps->head;
  while (cur)
  {
    QueueNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  ps->head = ps->tail = NULL;
}

//入队列：尾插
void QueuePush(Queue* ps,QDateType x)
{
  assert(ps);
  QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
  newnode->next = NULL;
  newnode->val = x;
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail.");
    exit(-1);
  }
  if (ps->tail == NULL)
  {
    ps->head = ps->tail = newnode;
  }
  else
  {
    ps->tail->next = newnode;
    ps->tail = ps->tail->next;
  }
}

void QueuePop(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!QueueEmpty(ps));
  if (ps->head == ps->tail)
  {
    free(ps->head);
    ps->head = ps->tail = NULL;
  }
  else
  {
    QueueNode* next = ps->head->next;
    free(ps->head);
    ps->head = next;

  } 
}

QDateType QueueFront(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!QueueEmpty(ps));
  return ps->head->val;
}

QDateType QueueBack(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!QueueEmpty(ps));
  return ps->tail->val;
}

bool QueueEmpty(Queue* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->tail == NULL;
}

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

4.2queue.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

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

typedef int QDateType;
typedef struct QueueNode
{
  struct QueueNode* next;
  QDateType val;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
  QueueNode* head;
  QueueNode* tail;
}Queue;

void QueueInit(Queue* ps);

void QueuePush(Queue* ps, QDateType x);

void QueuePop(Queue* ps);

QDateType QueueFront(Queue* ps);

QDateType QueueBack(Queue* ps);

bool QueueEmpty(Queue* ps);

int QueueSize(Queue* ps);

void QueueDestory(Queue* ps);

4.3test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"queue.h"


int main()
{
  Queue Q;
  QueueInit(&Q);
  QueuePush(&Q, 1);
  QueuePush(&Q, 2);
  QueuePush(&Q, 3);
  QueuePush(&Q, 4);
  QueuePush(&Q, 5);
  QDateType ret1 = QueueFront(&Q);
  printf("QueueFront:%d\n", ret1);
  QDateType ret2 = QueueBack(&Q);
  printf("QueueBack:%d\n", ret2);
  int size = QueueSize(&Q);
  printf("size：%d\n", size);
  while (!QueueEmpty(&Q))
  {
    printf("%d", QueueFront(&Q));
    QueuePop(&Q);
  }
  QueueDestory(&Q);
  return 0;
}

4.4效果图

【数据结构初阶】一文详解顺序栈和链队列的基本操作_顺序表_08

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