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【算法与数据结构（C语言）】栈和队列

news 2025/8/20 10:13:57

文章目录

目录

前言

一、栈

1.栈的概念及结构

2.栈的实现

入栈

出栈

获取栈顶元素

获取栈中有效元素个数

检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0

销毁栈

二、队列

1.队列的概念及结构

2.队列的实现

初始化队列

队尾入队列

队头出队列

获取队列队头元素

获取队列队尾元素

获取队列中有效元素个数

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

销毁队列

最后

前言

本篇文章内容讲述了栈和队列的概念结构、分类与函数声明部分，以及对于各个函数的实现。

以下内容仅供参考，欢迎各位大佬批评指正呦~

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、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。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

// 下面是定长的静态栈的结构，实际中一般不实用，所以我们主要实现下面的支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
#define N 10
typedef struct Stack
{STDataType a[N];int _top; // 栈顶
}ST;// 支持动态增长的栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top; // 栈顶int capacity; // 容量
}ST;// 初始化栈
void StackInit(ST* ps); // 入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x); // 出栈
void StackPop(ST* ps); // 获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps); // 获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* ps); // 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
int StackEmpty(ST* ps); // 销毁栈
void StackDestroy(ST* ps);

初始化栈

void StackInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = (STDatatype)malloc(sizeof(STDatatype) * 4);if (ps->a == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}ps->top = 0;ps->capacity = 4;
}

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){perror("realloc fail");exit(-1);}ps->a = tmp;ps->capacity *= 2;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;}

出栈

void StackPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));ps->top--;
}

获取栈顶元素

STDatatype StackTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!StackEmpty(ps));return ps->a[ps->top - 1];
}

获取栈中有效元素个数
int StackSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}

检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0
bool StackEmpty(ST* ps) 
{assert(ps);return ps->top == 0;
}

销毁栈

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

二、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

队列也可以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。

// 链式结构：表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{QDataType data;struct QueueNode* next;
}QNode;// 队列的结构
typedef struct Queue
{ QNode* head;QNode* tail;int size;
}Queue; // 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq); // 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data); // 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq); // 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq); // 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq); // 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq); // 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 
int QueueEmpty(Queue* pq); // 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

初始化队列

void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = NULL;pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}

队尾入队列

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");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;}pq->size++;
}

队头出队列

void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QNode* del = pq->head;pq->head = pq->head->next;free(del);}pq->size--;
}

获取队列队头元素

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

获取队列队尾元素

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

获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

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

void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* del = cur;cur = cur->next;free(del);//del = NULL;}pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}