＜数据结构＞你分得清栈和队列吗

目前在不断更新<数据结构>的知识总结，未来会陆续更新C 内容
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c语言自学教程——博文总结
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概述：

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。
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。

1.栈

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

区分栈和栈：
一个是数据结构中的栈，是一个数据结构（今天的主题）
一个是操作系统中内存划分的一个区域，叫做栈，用来函数调用时，建立栈帧

这些概念你都理解了吗？让我们看看下面的题。

1.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈，然后再依次出栈，则元素出栈的顺序是（ ）。
A 12345ABCDE
B EDCBA54321
C ABCDE12345
D 54321EDCBA

第一题：选B
入栈：从下往上放

出栈：从上往下拿（题目说按顺序拿）

2.若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（）
A 1,4,3,2
B 2,3,4,1
C 3,1,4,2
D 3,4,2,1

第二题选C
abd都是能实现的
A：放1，拿1，放234，按顺序把234拿出来
B：放12，拿2，放3，拿3，放4，拿4，拿1
C：放123，拿3，之后没法直接拿到1，排除
D：放123，拿3，放4，拿4，拿21
用A选项举个例子：

1.2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。
以下我就用数组实现个栈来玩玩，内容跟顺序表的差不多，忘了的朋友可以去看看，复习一下还不会写顺序表？我手把手教你

1.2.1 Stack.h

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

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	int* 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);//判断栈是否为空
STDataType StackTop(ST* ps);//返回栈顶元素
int StackSize(ST* ps);//栈里的元素个数

1.2.2 初始化

void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;//这里埋下了伏笔哦
}

1.2.3 销毁

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

1.2.4 入栈

栈规定了后进先出，我们在这只能有“尾插”的添加元素的方式。
随后我们要思考一个问题：
top意味着什么（有两种理解）

1. top初始化成0。top指向栈顶元素的后一个位置
2. top初始化成-1。top指向栈顶元素

这次我把top初始化为0，就按照第一种理解往下写

void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//满了扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity*sizeof(STDataType));
		if (ps->a == NULL)
		{
			printf("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->capacity = newCapacity;
	}

	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top  ;
}

1.2.5 出栈

栈的概念规定了栈只能尾删。
思路跟顺序表没有差异，在这里我就不细说了。

void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	ps->top--;
}

1.2.6 判断栈是否为空

程序的话这里直接返回一个判断语句，很方便。
但有小伙伴会有疑问了，直接在需要判断的时候写一个判断语句不就行了，为什么要用一个单独的函数来判断呢？
这是因为你不知道写程序的人初始化的top到底是0还是-1，如果你在程序中直接判断ps->top是否等于0，而别人的top初始化时设为-1，那不就搞错了嘛。有函数就直接调用函数，省心省力。

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

1.2.7 栈顶元素

这里要判断栈是否为空，再返回元素，否则容易错。

STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}

1.2.8 栈中的元素个数

我上面说我的top指向栈顶元素的后一个位置，但数组是从0开始的，栈中的元素个数也就是栈顶位置加一，就是top位置

int StackSize(ST* ps)//元素个数
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

1.2.9 test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include"Stack.h"

void TestStack()
{
	ST st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, 1);
	StackPush(&st, 2);
	StackPush(&st, 3);
	printf("%d ", StackTop(&st));//模拟中途取出数据
	StackPop(&st);
	StackPush(&st, 4);
	StackPush(&st, 5);
	while (StackEmpty(&st) == 0)
	{
		printf("%d ", StackTop(&st));
		StackPop(&st);
	}
	printf("\n");

	StackDestory(&st);
}
int main()
{
	TestStack();
	return 0;
}

2. 队列

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

队列的入队列顺序不会改变出队列顺序，跟栈不同。

2.2 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。
以下我就用单链表实现个队列，内容跟单链表的差不多，＜数据结构＞还不会写单向链表？我手把手教你忘了的朋友可以去看看，复习一下

2.2.1 Queue.h

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

typedef int QDataType;

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

//设置头指针和尾指针
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);//入队列
void QueuePop(Queue* pq);//出队列
bool QueueEmpty(Queue* pq);//判断队列是否为空
size_t QueueSize(Queue* pq);//队列里的元素个数
QDataType QueueFront(Queue* pq);//返回队头元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);//返回队尾元素

2.2.2 初始化

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

2.2.3 销毁

从前往后，一个个节点销毁

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;
}

2.2.4 入队列

由于结构所限，只能尾插

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;
	}
}

2.2.5 出队列

由于结构所限，只能头删

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;
	}
}

2.2.6 判断队列是否为空

判断head或tail是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->tail == NULL;
}

2.2.7 队列里的元素个数

一个个遍历，数一遍

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

2.2.8 返回队头元素

要先判断队列是否为空

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

2.2.9 返回队尾元素

要先判断队列是否为空

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

2.2.10 test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include"Queue.h"

void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");
	QueueDestory(&q);
}
int main()
{
	TestQueue();
	return 0;
}

下一期就要做栈和队列的题咯，蓝桥杯也要开始了，大家加油！

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