栈和队列

什么是栈和队列?

栈（stack），又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定只能在一端进行插入删除操作，这一端被称为栈顶，另一端被称为栈底。

向一个栈插入元素被称为进栈、入栈或压栈，从一个栈删除元素被称为出栈或退栈。

栈中的数据元素遵守先进后出的原则。

队列（queue），和栈一样，队列也是一种操作受限制的线性表。限定只在前端进行删除操作，后端进行插入操作。

队列具有先进先出的特点。

实现

栈

实现栈用什么数据结构？

数组和链表都可以，相对而言用数组实现更优一些，因为栈只需要在尾部插入删除。

头文件Stack.h

写过顺序表的相信写这个没什么难度。

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;		// 栈顶的位置int capacity;	// 容量
}ST;void StackInit(ST* ps);//初始化
void StackDestory(ST* ps);//销毁
void StackPush(ST* ps, STDataType x);//入栈
void StackPop(ST* ps);//出栈
bool StackEmpty(ST* ps);//是否为空，为空返回true
int StackSize(ST* ps);//元素个数
STDataType StackTop(ST* ps);//访问栈顶元素

函数实现Stack.c

以下top指向的是栈顶元素的上方。

#include "Stack.h"void StackInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}void StackDestory(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));if (ps->a == NULL){printf("realloc fail\n");exit(-1);}ps->capacity = newCapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);--ps->top;
}bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}int StackSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}

队列

实现队列用什么数据结构？

队列两端都有插入或删除操作，数组就不太合适了，所以应该用链表，而且只要单链表就足矣。

头文件Queue.h

由于要记录链表的头和尾，所以可以定义两个结构体，一个表示节点，一个表示队列的头和尾。

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>typedef int QDataType;typedef struct QueueNode
{QDataType data;struct QueueNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;
}Queue;void QueueInit(Queue* pq);//初始化
void QueueDestory(Queue* pq);//销毁
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//入队
void QueuePop(Queue* pq);//出队
bool QueueEmpty(Queue* pq);//是否为空，为空返回true
size_t QueueSize(Queue* pq);//队列元素个数
QDataType QueueFront(Queue* pq);//访问队头元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);//访问队尾元素

函数实现Queue.c

初始化 销毁

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;
}

入队

入队其实就是尾插。

要注意队列为空时，要入一个元素的情况。判断head和tail同时为空才行。

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

出队

出队其实就是头删。

要判断有元素才行。

要删除头部得先备份指向下一个节点的指针，没有的话就直接删吧。

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;}
}

其它接口实现

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

总结

学了前面的顺序表和链表，要实现栈和队列没什么难度。不过重点不在这里，我们还要多理解其思想，学会如何运用。

后面的题目才是对我们能力的更大考验。