【数据结构篇】~栈和队列（附源码）

前言

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。
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。

一、栈的实现

1.头文件

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
//栈的实现很多和顺序表相同
typedef int stdatatype;
typedef struct stack
{stdatatype* arr;int capacity;//有效容量int top;//栈顶
}st;
void stinit(st* ps);// 初始化栈
void stdestroy(st* ps);// 销毁栈
void stpush(st* ps, stdatatype x);// 入栈
void stpop(st* ps);//出栈
stdatatype stTop(st* ps);//取栈顶元素
int stsize(st* ps);//获取栈中有效元素个数
bool stempty(st* ps);//栈是否为空

2.源文件

#include"Stack.h"
void stinit(st* ps)// 初始化栈
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;}
bool stempty(st* ps)//栈是否为空(有效数据（top）为0)
{assert(ps);return ps->top==0;
}
void stdestroy(st* ps)// 销毁栈
{assert(ps);if (ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;//防止成为野指针ps->capacity = ps->top = 0;
}
void stpush(st* ps, stdatatype x)// 入栈（只能从栈顶入）
{assert(ps);if (ps->capacity == ps->top)//如果容量不够就要扩容{int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;stdatatype* tmp = (stdatatype*)realloc(ps->arr,sizeof(stdatatype)*newcapacity );if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");return 1;}ps->capacity = newcapacity;ps->arr = tmp;}//出if条件就说明容量足够ps->arr[ps->top++] = x;
}
void stpop(st* ps)//出栈
{assert(ps);assert(!stempty(ps));//如果报错就说明是空栈--ps->top;
}
stdatatype stTop(st* ps)//取栈顶元素
{assert(ps);assert(!stempty(ps));return ps->arr[ps->top - 1];
}
int stsize(st* ps)//获取栈中有效元素个数
{assert(ps);return ps->top;
}

3.一个算法题——有效的括号

bool isValid(char* s) {st st;stinit(&st);if(*s=='\0')return false;else{while(*s != '\0'){//如果是左括号就入栈if(*s=='['||*s=='{'||*s=='(' ){stpush(&st, *s);}          else//左括号全部入栈，然后取栈顶元素和右括号匹配，然后出栈{ if(stempty(&st)){ return false;}if(stTop(&st)=='('&& *s ==')'||stTop(&st)=='{'&& *s =='}'||stTop(&st)=='['&& *s ==']'){stpop(&st);//出栈}else{return false;}}s++;}bool ret=stempty(&st);stdestroy(&st);// 销毁栈return ret;}   
}

二、队列

概念：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

队列底层结构选型
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。

1.头文件

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int qudatatype;
typedef struct queuenode {qudatatype data;struct queuenode* next;
}qunode;
typedef struct queue {qunode* phead;qunode* ptail;int size;//节点个数
}qu;
void quinit(qu* pq);//初始化队列
void qudestroy(qu* pq);//销毁队列
void qupush(qu* pq, qudatatype x);// 入队列，队尾
void qupop(qu* pq);// 出队列，队头
qudatatype qufront(qu* pq);//取队头数据
qudatatype quback(qu* pq);//取队尾数据
bool quempty(qu* pq);//队列判空
int qusize(qu* pq);//队列有效元素个数

2.源文件

#include"Queue.h"
//队列底层是用单链表实现的
void quinit(qu* pq)//初始化队列
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
bool quempty(qu* pq)//队列判空
{assert(pq);return pq->phead == NULL;}
void qupush(qu* pq, qudatatype x)// 入队列，队尾(单链表尾插)
{assert(pq);qunode* newnode = (qunode*)malloc(sizeof(qunode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return 1;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->phead == NULL){pq->phead = pq->ptail = newnode;}pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = pq->ptail->next;pq->size++;
}
void qupop(qu* pq)// 出队列，队头(单链表头删)
{assert(pq);assert(!quempty(pq));if (pq->phead == pq->ptail)//只有一个节点是，要避免成为野指针{free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;		}pq->phead = pq->phead->next;
}
void qudestroy(qu* pq)//销毁队列
{assert(pq);assert(!quempty(pq));while (pq->phead){qunode* Next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = NULL;pq->phead = Next;}//出循环时说明全部节点都释放了（除了phead、ptail）pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}
int qusize(qu* pq)//队列有效元素个数
{assert(pq);return pq->size;
}
qudatatype qufront(qu* pq)//取队头数据(取数据时，队列不能为空！)
{assert(pq);assert(!quempty(pq));return pq->phead->data;}
qudatatype quback(qu* pq)//取队尾数据
{assert(pq);assert(!quempty(pq));return pq->ptail->data;
}

详解都在注释中哦！