栈与队列的实现

栈与队列

栈

定义

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

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因为它的压栈和出栈操作我们可以抽象为尾插和尾删，因此我们可以利用数组来实现这一点，为什么不用链表呢？

这里有一些原因：

1.数组物理空间是连续的，方便使用下标随机访问

2.CPU高速缓存命中率会更高

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

实现

初始化与销毁

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

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

入队列(尾插)与出队列(尾删)

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
    
	assert(ps);
	//是否扩容
	if (ps->capacity == ps->top)
	{
    
		int NewCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, NewCapacity * sizeof(STDataType));
		assert(ps->a);
		ps->capacity = NewCapacity;
	}

	//类似顺序表尾插
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;

}

void StackPop(ST* ps)
{
    
	//类似尾删
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//top只是位置 其位置大于零就说明栈内还有元素
	ps->top--;//覆盖即可
}

判断是否为空

bool StackEmpty(ST* ps)
{
    
	assert(ps);
	if (ps->top > 0)
	{
    
		return false;
	}
	else
	{
    
		return true;
	}
}

栈内元素个数

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

栈顶元素

STDataType StackTop(ST* ps)
{
    
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];//top位置是没有数据的 top减一取到栈顶元素
}

队列

定义

队列（Queue）是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端进行删除操作，而在表的后端进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

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我们可以用单链表来实现队列，让数据从尾部进从头部出，即插入数据为尾插，删除数据为头删

利用单链表，队列里面有队尾入和队头出，因此定义两个结构体指针，把它俩放在一个新的结构体中方便调用

可以加哨兵位，但是意义不太大，在某种地方哨兵位置有奇效，比如：分割链表、带头双向循环等，可以防止空指针的出现。

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

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

实现

初始化与销毁

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

void QueueDestory(Queue* pq)
{
    
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;//定义一个cur
	while (cur)//遍历
	{
    
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;//最后把两个指针都置为初始状态c
}

入队列(尾插)与出队列(头删)

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)//尾插
{
    
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QDataType*)malloc(sizeof(QDataType));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)//如果队列为空
	{
    
		//其实这个时候head和tail均为空，这里是为了意外出现
		assert(pq->tail == NULL);
		//插入新结点
		pq->head=pq->tail = newnode;
	}
	else//尾插
	{
    
		pq->tail->next = newnode;
		
		pq->tail = newnode;//尾就变了
	}
}

void QueuePop(Queue* pq)//头删
{
    
	assert(pq);
	if (pq->head->next == NULL)//如果只有一个结点
	{
    
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}

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

判断是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
    
	assert(pq);
	//if (pq->head == NULL && pq->tail==NULL)
	//{
    
	// return true;
	//}
	//else
	//{
    
	// return false;
	//}
	return pq->head == NULL;//一句代码解决以上...
}

队列内数据个数

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

取队列头与队列尾的元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
    
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
    
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->data;
}