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段称为栈顶，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：站的插入操作叫做进站/压栈，入数据在栈顶。
- 出栈：栈的删除操作叫做出战。出数据也在栈顶。
栈的实现
- 栈的实现一般可以采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。
- 数组实现栈示意图
- 链表实现栈示意图
- 栈的接口：
/ 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* _a;
int _top; // 栈顶
int _capacity; // 容量
}Stack;
// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);
// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);
// 出栈
void StackPop(Stack* ps);
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
int StackEmpty(Stack* ps);
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);
- 栈的各个接口的实现
// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);
ps->_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 4);
ps->_top = 0;
ps->_capacity = 4;
}
// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
assert(ps);
//空间不够了需要增容
if (ps->_top == ps->_capacity)
{
STDataType *tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, ps->_capacity * 2 * sizeof(STDataType)* 4);
if (tmp == NULL)
{
printf("realloc fail\n");
exit(-1);
}
ps->_a = tmp;
ps->_capacity *= 2;
}
ps->_a[ps->_top] = data;
ps->_top++;
}
// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
ps->_top--;
}
// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
return ps->_a[ps->_top-1];
}
// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->_top;
}
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
int StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->_top == 0 ? 1 : 0;
}
// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);
free(ps->_a);
ps->_a = NULL;
ps->_top = ps->_capacity = 0;
}
队列的概念及结构
- 队列：只允许在一段进行插入操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出的原则。进行插入操作的一段成为队尾，进行删除操作的一端称为对头。
- 具体图示：
队列的实现
- 队列也可以数组和链表结构实现，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。
- 队列实现图示：
- 队列各个接口
// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* _next;
QDataType _data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* _front;
QNode* _rear;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
- 队列接口实现
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
assert(q);
q->_front = q->_rear = NULL;
}
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
assert(q);
QNode *newnode = ((QNode*)malloc(sizeof(QNode)));
newnode->_data = data;
newnode->_next = NULL;
if (q->_rear == NULL)
{
q->_front=q->_rear = newnode;
}
else
{
q->_rear->_next = newnode;
//q->_rear = q->_rear->_next;
q->_rear = newnode;
}
}
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
if (q->_front == q->_rear)
{
free(q->_front);
//free(q->_rear);
q->_front = q->_rear = NULL;
}
else
{
QNode *cur = q->_front->_next;
free(q->_front);
q->_front = cur;
}
}
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->_front->_data;
}
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->_rear->_data;
}
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{
assert(q);
int size = 0;
QNode* cur = q->_front;
while (cur)
{
++size;
cur = cur->_next;
}
return size;
}
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q)
{
assert(q);
return q->_front == NULL ? 1 : 0;
}
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
QNode *cur = q->_front;
while (cur)
{
QNode *next = cur->_next;
free(cur);
cur = next;
}
q->_front = q->_rear = NULL;
}
循环队列
- 实际中还会有一种循环队列，环形队列可以使用数组实现，也可以使用循环链表实现。
- 循环队列图示
- 循环队列接口
typedef struct {
int *a;
int front;
int rear;
int k;
} MyCircularQueue;
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);//判空
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);//判满
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k);//初始化队列
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value)；//插入数据
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj)；//删除数据
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj)；//取对头数据
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)；//取对尾数据
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj)；//销毁队列
- 循环队列接口的实现
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
MyCircularQueue* q=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
//多开一个空间，空置出来，区分空和满的状态
q->a=(int *)malloc(sizeof(int)*(k+1));
q->front=q->rear=0;
q->k=k;
return q;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
if(myCircularQueueIsFull(obj))
{
return false;
}
else
{
obj->a[obj->rear]=value;
++obj->rear;
}
if(obj->rear==obj->k+1)
{
obj->rear=0;
}
return true;
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return false;
}
else
{
++obj->front;
}
if(obj->front==obj->k+1)
{
obj->front=0;
}
return true;
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
{
return obj->a[obj->front];
}
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
int prev=obj->rear-1;
if(obj->rear==0)
{
prev=obj->k;
}
return obj->a[prev];
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
if(obj->front==obj->rear)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
int next=obj->rear+1;
if(next==obj->k+1)
{
next=0;
}
if(next==obj->front)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
free(obj->a);
free(obj);
}