栈和队列讲解

前言：栈和队列是在顺序表和链表的延伸，如果前面的顺序表和链表你已经掌握了的话，栈和队列对你来说应该就是小菜一碟了。

1、栈

（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。

（2）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。因为数组尾上插入数据的代价比较小。

Stack.h

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

typedef char STDataType;

typedef struct Stack
{
    STDataType* a;
    int top;
    int capacity;
}SL;

//初始化
void StackInit(SL* ps);

//使用后销毁
void StackDestroy(SL* ps);

//入栈
void StackPush(SL* ps, STDataType x);

//出栈
void StackPop(SL* ps);

//判断栈空
bool StackEmpty(SL* ps);

//栈的大小
int StackSize(SL* ps);

//栈顶元素
STDataType StackTop(SL* ps);

Stack.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Stack.h"

//初始化
void StackInit(SL* ps)
{
    assert(ps);
    ps->a = NULL;
    ps->top = 0;
    ps->capacity = 0;
}

//使用后销毁
void StackDestroy(SL* ps)
{
    assert(ps);
    free(ps->a);
    ps->a = NULL;
    ps->top = ps->capacity = 0;
}

//入栈
void StackPush(SL* ps, STDataType x)
{
    assert(ps);

    //如果栈满增容
    if (ps->top == ps->capacity)
    {
        STDataType newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
        STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
        if (tmp == NULL)
        {
            printf("realloc fail\n");
            exit(-1);
        }
        else
        {
            ps->a = tmp;
            ps->capacity = newcapacity;
        }
    }
    ps->a[ps->top] = x;
    ps->top++;
}

//出栈
void StackPop(SL* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);

    ps->top--;
}

//判断栈空
bool StackEmpty(SL* ps)
{
    assert(ps);
    return (ps->top == 0);
}

//栈的大小
int StackSize(SL* ps)
{
    assert(ps);
    return ps->top;
}

//栈顶元素
STDataType StackTop(SL* ps)
{
    assert(ps);
    assert(ps->top > 0);

    return ps->a[ps->top-1];
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Stack.h"

//void test()
//{
//    SL st;
//
//    StackInit(&st);
//    StackPush(&st, 1);
//    StackPush(&st, 2);
//    //StackPush(&st, 3);
//    //StackPush(&st, 4);
//
//    printf("%d\n", StackTop(&st));
//
//    StackPop(&st);
//
//    StackPush(&st, 3);
//    StackPush(&st, 4);
//
//    while (!StackEmpty(&st))
//    {
//        printf("%d ", StackTop(&st));
//        StackPop(&st);
//    }
//    printf("\n");
//
//    StackDestroy(&st);
//
//}

bool isValid(char* s) {
    SL st;
    StackInit(&st);
    while (*s)
    {
        if (*s == '(' || *s == '{' || *s == '[')
        {
            StackPush(&st, *s);
            s++;
        }
        else
        {
            if (StackEmpty(&st))
                return false;
            char top = StackTop(&st);
            StackPop(&st);
            if ((*s == ')' && top != '(')
                || (*s == ']' && top != '[')
                || (*s == '}' && top != '{'))
            {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }
            else
            {
                s++;
            }
        }
    }
    //栈为空，说明左括号都匹配完了
    bool ret = StackEmpty(&st);
    StackDestroy(&st);
    return ret;
}

int main()
{
    //test();
    char a[] = { "{()}" };
    bool ret = isValid(a);
    printf("%d", ret);

    return 0;
}

2、队列

（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

（2）队列的实现

Queue.h

#pragma once

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

typedef int QDataType;

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

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

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

//出队
void QueuePop(Queue* pq);

//判断队空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//队的大小
size_t QueueSize(Queue* pq);

//队长
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Queue.h"

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

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    QNode* cur = pq->head;

    while (cur)
    {
        QNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    pq->head = pq->tail = NULL;
}

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
    assert(pq);
    QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    assert(newnode);
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;

    if (pq->tail == NULL)
    {
        pq->head = pq->tail = newnode;
    }
    else
    {
        pq->tail->next = newnode;
        pq->tail = newnode;
    }
}

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    assert(pq->head && pq->tail);
    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;
    }
}

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

//队的大小
size_t QueueSize(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    QDataType size = 0;

    QNode* cur = pq->head;
    while (cur)
    {
        size++;
        cur = cur->next;
    }
    return size;
}

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

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

Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Queue.h"

void test()
{
    Queue q;
    QueueInit(&q);
    QueuePush(&q, 1);
    QueuePush(&q, 2);
    QueuePush(&q, 3);
    QueuePush(&q, 4);
    printf("%d\n", QueueFront(&q));
    printf("%d\n", QueueBack(&q));

    /*while (!QueueEmpty(&q))
    {
        printf("%d ", QueueFront(&q));
        QueuePop(&q);
    }
    printf("\n");*/

    QueuePop(&q);

    while (!QueueEmpty(&q))
    {
        printf("%d ", QueueFront(&q));
        QueuePop(&q);
    }
    printf("\n");

    QueueDestroy(&q);
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}

栈和队列到此结束，若想再进一步，请关注下章讲解！