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数据结构自学Day6 栈与队列

news 2025/7/13 10:19:56

1. 栈

其实栈与队列仍然属于线性表（有n个元素构成的集合，逻辑结构呈现线形）

线形表：顺序表，链表，栈，队列，串（字符串）

栈（Stack）是一种线性数据结构，进行数据插入和删除的一段成为栈顶，另外一段称为栈底，数据元素遵守“后进先出” （LIFO, Last In First Out）

栈的插入数据 --压栈/进栈，入数据在栈顶

栈的删除数据 -- 出栈，出数据也在栈顶。

这里栈如何实现呢？考虑(LIFO: 后进先出)

如果是双向链表的话，无所谓栈顶与栈底的位置。

2. 栈的实现

栈的实现利用数组实现提高内存访问效率

1、栈的初始化

typedef int STDataType;
#define Ini_capacity 5typedef struct Stack
{int* _val;int _size;int _capacity;
}Stack;void StackInit(Stack* pst){assert(pst);// pst->_val = NULL;// pst->_capacity = 0;// pst->_size = 0;pst->_val = (STDataType*) malloc(Ini_capacity*sizeof(STDataType));if(pst->_val == NULL){perror("malloc");exit(-1);}pst->_size = 0;pst->_capacity =Ini_capacity;}

2、压栈（入栈操作）

// 入栈
void StackPush(Stack* pst,STDataType Val){assert(pst);if(pst->_size == pst->_capacity){//增容pst->_capacity = 2*pst->_capacity;STDataType* tmp = realloc(pst->_val,pst->_capacity*sizeof(STDataType));pst->_val = tmp;tmp = NULL;}pst->_val[pst->_size] = Val;pst->_size++; 
}

3、出栈操作

void StackPop(Stack* pst){assert(pst && pst->_size > 0);--pst->_size;
}

4 、返回栈内数据个数，是否为空，以及栈顶元素

//获取数据个数
int StackSize(Stack* pst){assert(pst);return(pst->_size);
}
//返回1 是空，返回0是非空
int StackEmpty(Stack* pst){assert(pst);// return pst->_size == 0 ? 1 : 0;return !pst->_size;
}
//获取栈顶数据 
STDataType StackTop(Stack* pst){assert(pst && pst->_size>0);return pst->_val[pst->_size-1];
}

5、栈的摧毁，释放空间

//栈的摧毁
void StackDestroy(Stack* pst){assert(pst);free(pst->_val);pst->_val = NULL;pst->_size =pst->_capacity = 0;
}

3、栈的常见应用：

1、函数调用（函数栈帧）
2、括号匹配（如表达式合法性）
3、浏览器历史记录（后退/前进）
4、深度优先搜索（DFS）迷宫问题

4、队列

队列（Queue）是一种线性数据结构：一个典型的队列有两个端：Front（队首）：元素被取出的地方 Rear（队尾）：元素被加入的地方。它的特点是：先进先出（FIFO, First In First Out)。

同样，队列的实现也可以通过数组和链表进行实现。？考虑(FIFO: 后进先出)。

数列出队列有些麻烦：需要挪动数据，因为队头的数据出队列后，队尾数据需要补充。

单链表入队列只需要尾插，出队列只需要将头节点给到下一个节点，然后free即可。

5、队列的实现

队列的实现利用单向链表

1、队列的初始化（保存队列的头指针，尾指针）

//利用单向链表的形式实现栈
typedef int QeDataType;typedef struct QueueNode
{QeDataType _data;struct QueueNode* next;
}QueueNode;
//存储队列的头，尾指针用于插入和删除队列元素
typedef struct Queue
{QueueNode* _head;QueueNode* _tail;
}Queue;//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq){assert(pq);pq->_head = pq->_tail = NULL;
}

2、队列新增元素

//队列插入元素
void QueuePush(Queue* pq, QeDataType x){assert(pq);QueueNode*NewNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));if(NewNode == NULL){perror("malloc");exit(-1);}NewNode->next=NULL;NewNode->_data = x;if(pq->_head == NULL){pq->_head = pq->_tail = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));}else{pq->_tail->next = NewNode;pq->_tail = NewNode;}
}

3、队列删除元素

//队列删除元素
void QueuePop(Queue* pq){assert(pq);if(pq->_head == NULL){printf("队列为空\n");exit(-1);}QueueNode* head_next = pq->_head->next;free(pq->_head);pq->_head = head_next;if(pq->_head == NULL){pq->_tail = NULL;}
}

4、取出队列头数据和尾数据

//取出队头数据
QeDataType QueueFront(Queue* pq){assert(pq);if(pq->_head ==NULL){return NULL;}return pq->_head->_data;
}
//取出队尾数据
QeDataType QueueBack(Queue* pq){assert(pq);if(pq->_tail ==NULL){return NULL;}return pq->_tail->_data;
}

5、检查队列是否为空，返回队列大小

//检查队列是否为空，返回队列大小
int QueueEmpty(Queue* pq){assert(pq);return !pq->_head;
}
int QueueSize(Queue* pq){assert(pq);if(pq == NULL){return 0;}QueueNode* Cur = pq->_head;int count =0;while(Cur || Cur != pq->_tail) {count++;Cur = Cur->next;}return count;
}

6、队列的常见应用

应用场景	描述
操作系统调度	CPU 任务调度用就绪队列
消息队列系统	线程/服务之间的数据传输
广度优先搜索（BFS）	图的遍历
打印任务排队	打印服务器依次处理任务
缓存机制（例如先进先出缓存）	维护历史数据
银行/售票排队系统	模拟现实中等待排队的流程