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C语言分别实现栈和队列详解流程

2022-04-23 11:36:46 作者：风＆646

栈和队列，严格意义上来说，也属于线性表，因为它们也都用于存储逻辑关系为 "一对一" 的数据，但由于它们比较特殊，因此将其单独作为一章，做重点讲解

什么是栈

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的操作。进行数据插入和删除的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守先进后出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。

栈的结构图示

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。

创建栈的结构体

我们用栈来存储数据，首先需要实现一个动态增长的栈。所以我们先创建一个栈的结构体。

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;  
	int top;       //栈顶
	int capacity;  //容量
}Stack;

初始化栈

初始化栈的方式有很多种，我们可以根据不同的需求来选择。这里写一种常规的。

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);//检测传过来的ps是否为空
	ps->a = NULL;//把a标识的这块空间先置为空
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

入栈

一开始top为0标识栈顶的位置，所以我们要先将数据放入栈顶，在让top向后走一位。

void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);//检测ps是否为空

	//如果空间满了，我们需要扩容
	if (ps->capacity == ps->top)//判断空间是否满了的条件
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;//指定新空间的大小
		ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity*sizeof(STDataType));//进行扩容
		if (ps->a == NULL)//扩容失败
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);//终止程序
		}
		ps->capacity = newCapacity;//让其标识新的空间的大小
	}
	ps->a[ps->top] = x;//将数据放入栈
	ps->top++;//top向后走一步
}

出栈

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->top > 0)//避免栈里面数据已经删除完了，top依旧向下减为负数
	{
		--ps->top;
	}
}

获取栈顶元素

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//保证下标为正
	return ps->a[ps->top - 1];//返回栈顶元素
}

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

检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空则返回0.

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;//如果条件成立就返回真，否则就为假（不为空）
}

栈的销毁

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);//释放开辟的这一块空间
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

什么是队列？

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对头。

队列的实现

队列也可以用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。

创建队列结构体

我们使用链表来实现队列，我们需要创建一个存储队列信息的结构体。

typedef int QDataType;
//链式结构：表示队列
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;           //存储数据
	struct QueueNode* next;   //指针域
}QNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode* head;//标识队头的位置
	QNode* tail;//标识队尾的位置
}Queue;

初始化队列

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;//将两个指针置为空
}

队尾入队列

让一个数据进入队列，我们只需要用链表结构来实现队列，在队尾进行尾插数据就可以了。

如果队列为空，需要单独处理一下。

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//申请一个新的结点
	assert(newnode);//检测结点是否申请成功
	newnode->data = x;//
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)//如果队列为空的情况
	{
		assert(pq->head==NULL);
		pq->tail = pq->head = newnode;
	}
	else//队列不为空的情况
	{
		pq->tail->next = newnode;//尾插一个新结点
		pq->tail = newnode;//更新尾的位置
	}
}

队头出队列

当队列为空，没有存储数据时，我们就不能够出数据。如果队列中只有一个结点，那么我们需要对其单独处理，否则就会出现错误。

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);//保证队列中有数据在往下走
	if (pq->head->next == NULL)//如果队列里面只有一个数据的情况
	{
		free(pq->head);//释放队头数据
		pq->head = pq->tail = NULL;//将队列的头指针和尾指针均置为空
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;//让next指向队头结点的下一个结点
		free(pq->head);//释放队头结点
		pq->head = next;//让head指向next结点
	}
}

获取队列头部元素

检测队列是否为空，如果不为空则直接返回队列头指针指向的元素。

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);//检测队列是否为空
	return pq->head->data;//返回队列头部元素
}

获取队列尾部元素

检测队列是否为空，如果不为空则直接返回队列尾指针指向的元素。

//获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);//检测队列是否为空
	return pq->tail->data;//返回队列尾部元素
}

获取队列中元素个数

可以对队列进行遍历，统计元素个数，如果队列比较长那么这个方法效率就比较低。如果想要效率比较高，那么我们可以在定义队列结构体的时候加上一个size变量，每往队列里面入一个数据就统计一下，那么我们需要队列中元素个数的时候就可以直接返回。

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;//让cur指向队头的元素
	size_t size = 0;//定义一个无符号的size变量用来计数
	while (cur)//cur不为空则进入循环继续执行
	{
		size++;//size=size+1
		cur = cur->next;//继续向后遍历
	}
	return size;//返回有效元素个数
}

检测队列是否为空

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

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

销毁队列

在使用完队列之后，我们应该对其进行销毁，防止造成内存泄漏。

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;//定义一个next指向cur的下一个结点
		free(cur);//释放cur
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;//将头尾指针均置为空
}

到此这篇关于C语言分别实现栈和队列详解流程的文章就介绍到这了,更多相关C语言栈和队列内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！