栈和队列的实现

栈和队列的实现

1.1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。

Stack.h

#pragma once
#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;

void StackInit(ST* ps);
void StackDestory(ST* ps);
//入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void StackPop(ST* ps);
//返回栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps);

int StackSize(ST* ps);

bool StackEmpty(ST* ps);

Stack.c

#include"Stack.h"

void StackInit(ST* ps) {
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	if (ps->a == NULL) {
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	ps->capacity = 4;
	ps->top = 0;
}
void StackDestory(ST* ps) {
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
//入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x) {
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity) {
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL) {
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else {
			ps->a = tmp;
			ps->capacity *= 2;
		}
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
//出栈
void StackPop(ST* ps) {
	assert(ps);
	//防止栈空，栈空时应终止程序
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}
//返回栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps) {
	assert(ps);
	//防止栈空，栈空时应终止程序
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}
//返回栈中的数据个数
int StackSize(ST* ps) {
	assert(ps);
	return ps->top;
}

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

Stack.c中的操作在没有掌握c++时在练习题中非常实用。

2.1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

Queue.h

#pragma once

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

typedef int QSTDataType;
typedef struct QueueNode {
	struct QueueNode* next;
	QSTDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue {
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);

void QueueDestory(Queue* pq);
//队尾入
void QueuePush(Queue* pq, QSTDataType x);
//队头出
void QueuePop(Queue* pq);

QSTDataType QueueFront(Queue* pq);

QSTDataType QueueBack(Queue* pq);

int  QueueSize(Queue* pq);

bool QueueEmpty(Queue* pq);

Queue.c

#include"Queue.h"
void QueueInit(Queue* pq) {
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}
void QueueDestory(Queue* pq) {
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur) {
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}
//队尾入
void QueuePush(Queue* pq, QSTDataType x) {
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL) {
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL) {
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else {
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}
//队头出
void QueuePop(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	if (pq->head->next == NULL) {
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else {
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}
//
QSTDataType QueueFront(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->data;
}
//
QSTDataType QueueBack(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->tail->data;
}
//
int  QueueSize(Queue* pq) {
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	int size = 0;
	while (cur) {
		++size;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}
//
bool QueueEmpty(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

通过test.c对上面的代码进行测试、

Test.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"Stack.h"
#include"Queue.h"

int main(){

	/*ST st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	printf("%d\n", StackTop(&st));
	StackPop(&st);
	printf("%d\n", StackTop(&st));
	StackPop(&st);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	while (!StackEmpty(&st)) {
		printf("%d\n", StackTop(&st));
		StackPop(&st);
	}
	StackDestory(&st);*/

	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	while (!QueueEmpty(&q)) {
		printf("%d\n", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	QueueDestory(&q);
	return 0;
}