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栈和队列的动态实现（C语言实现）

news 来源：原创 2025/5/11 6:16:16

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🍋栈和队列

  • 🍑栈
    • 🍍栈的含义
    • 🍍栈的结构
    • 🍍栈的实现
      • 🍌栈的补充条件
      • 🍌初始化栈
      • 🍌入栈
      • 🍌出栈
      • 🍌获取栈顶元素
      • 🍌获取栈中有效元素的个数
      • 🍌检查栈是否为空
      • 🍌销毁栈
    • 🍍栈的整体代码的实现
  • 🍑队列
    • 🍍队列的含义
    • 🍍队列的结构
    • 🍍队列的实现
      • 🍌队列的补充条件
      • 🍌初始化队列
      • 🍌队尾入队列
      • 🍌队头出队列
      • 🍌获取队列头部元素
      • 🍌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
      • 🍌 销毁队列
    • 🍍队列的整体代码的实现

🍑栈

🍍栈的含义

栈是一种特殊类型的线性表，它的特点是仅允许在其一端进行插入（压入）和删除（弹出）操作。这一端被称为栈顶，而相对的另一端则被称为栈底。栈通常遵循“后进先出”（LIFO）的原则，意味着新加入的元素总是位于栈顶，而要访问或移除的元素必须从前部移除。

🍍栈的结构

在这里插入图片描述

栈的结构就是如图片中的形容的类似，满足先进后出

🍍栈的实现

🍌栈的补充条件

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

typedef int STDatetype;//方便后续数据不只是int，也可以方便的换其他类型

typedef struct Stack//利用结构体来定义栈
{
	STDatetype* a;
	int top; 
	int capacity;
}ST;


int main()
{
	ST st;
	STInia(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	STPush(&st, 5);

	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}

	printf("\n");

	STDestroy(&st);

	return 0;
}

🍌初始化栈

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

🍌入栈

void STPush(ST* ps, STDatetype x)
{
	assert(ps);

	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = 0;
		if (ps->capacity == 0)
		{
			newcapacity = 2;
		}
		else
		{
			newcapacity = newcapacity * 2;
		}

		STDatetype* tem = (STDatetype*)realloc(ps->a, sizeof(STDatetype) * newcapacity);
		if (tem == NULL)
		{
			perror("realloc  fail");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tem;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

（1）之所以在这里不用malloc创建空间，是因为后面还要用realloc进行扩容，所以就直接用realloc进行空间的创建。
（2）在ps->top和ps->capacity相等时进行扩容，在这里进行了判断，有两种情况。第一种是ps->capacity等于0，那就得先创建空间。第二种是ps->capacity不为0，就直接扩容为原来2倍的空间

🍌出栈

void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//判断数据是否为空

	(ps->top)--;

}

🍌获取栈顶元素

STDatetype STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);//判断是否为空

	return ps->a[ps->top - 1];
}

🍌获取栈中有效元素的个数

int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

在栈中数据个数其实就是ps->top

🍌检查栈是否为空

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

如果为空就返回1，不为空就返回0

🍌销毁栈

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

🍍栈的整体代码的实现

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

typedef int STDatetype;

typedef struct Stack
{
	STDatetype* a;
	int top; 
	int capacity;
}ST;

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

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

void STPush(ST* ps, STDatetype x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = 0;
		if (ps->capacity == 0)
		{
			newcapacity = 2;
		}
		else
		{
			newcapacity = ps->capacity * 2;
		}

		STDatetype* tem = (STDatetype*)realloc(ps->a, sizeof(STDatetype) * newcapacity);
		if (tem == NULL)
		{
			perror("realloc  fail");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tem;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	(ps->top)++;
}


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

	(ps->top)--;

}

int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top == 0;
}

STDatetype STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);

	return ps->a[ps->top - 1];
}


int main()
{
	ST st;
	STInia(&st);
	STPush(&st, 1);
	STPush(&st, 2);
	STPush(&st, 3);
	STPush(&st, 4);
	STPush(&st, 5);

	while (!STEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", STTop(&st));
		STPop(&st);
	}

	printf("\n");

	STDestroy(&st);

	return 0;
}

🍑队列

🍍队列的含义

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

🍍队列的结构

在这里插入图片描述

队列和栈有点类似，只不过栈是先进后出，而队列是先进先出

🍍队列的实现

🍌队列的补充条件


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

typedef int QDatetype;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDatetype date;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;
///
int main()
{
	Que qq;
	QueueInia(&qq);
	QueuePush(&qq, 1);
	QueuePush(&qq, 2);
	QueuePush(&qq, 3);
	QueuePush(&qq, 4);
	while (!QueueEmpty(&qq))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&qq));
		QueuePop(&qq);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

在这个队列中，我是采用了单链表（单向不循环）的结构来实现队列，所以再这里要注意头可能是空指针的问题，在前面我介绍单链表的时候是利用二级指针解决这个问题，而在这里是采用了新的方法，也就是结构体指针，把头和尾重新用一个结构体来定义

🍌初始化队列

void QueueInia(Que* ps)
{
	assert(ps);
	ps->head = NULL;
	ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}

🍌队尾入队列

void QueuePush(Que* ps, QDatetype x)
{
	assert(ps);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc  fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->date = x;

	if (ps->tail == NULL)
	{
		ps->head = ps->tail = newnode;
	}
	else
	{
		ps->tail->next = newnode;
		ps->tail = newnode;
	}
	(ps->size)++;
}

🍌队头出队列

void QueuePop(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size > 0);

	if (ps->head->next == NULL)
	{
		free(ps->head);
		ps->head = ps->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* cur = ps->head->next;
		free(ps->head);
		ps->head = cur;
	}
	(ps->size)--;
}

🍌获取队列头部元素

QDatetype QueueFront(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!QueueEmpty(ps));

	return ps->head->date;
}

🍌获取队列队尾元素

QDatetype QueueBake(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!QueueEmpty(ps));

	return ps->tail->date;
}

🍌获取队列中有效元素个数

int QueueSize(Que* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->size;
}

🍌检测队列是否为空

bool QueueEmpty(Que* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->head == NULL;
}

🍌 销毁队列

void QueueDestroy(Que* ps)
{
	assert(ps);

	QNode* cur = ps->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	ps->head = ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}

🍍队列的整体代码的实现

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

typedef int QDatetype;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDatetype date;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

void QueueInia(Que* ps)
{
	assert(ps);
	ps->head = NULL;
	ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}

bool QueueEmpty(Que* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->head == NULL;
}


void QueuePush(Que* ps, QDatetype x)
{
	assert(ps);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc  fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->date = x;

	if (ps->tail == NULL)
	{
		ps->head = ps->tail = newnode;
	}
	else
	{
		ps->tail->next = newnode;
		ps->tail = newnode;
	}
	(ps->size)++;
}

void QueuePop(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size > 0);

	if (ps->head->next == NULL)
	{
		free(ps->head);
		ps->head = ps->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* cur = ps->head->next;
		free(ps->head);
		ps->head = cur;
	}
	(ps->size)--;
}

QDatetype QueueFront(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!QueueEmpty(ps));

	return ps->head->date;
}

QDatetype QueueBake(Que* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!QueueEmpty(ps));

	return ps->tail->date;
}

int QueueSize(Que* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->size;
}

void QueueDestroy(Que* ps)
{
	assert(ps);

	QNode* cur = ps->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	ps->head = ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}


int main()
{
	Que qq;
	QueueInia(&qq);
	QueuePush(&qq, 1);
	QueuePush(&qq, 2);
	QueuePush(&qq, 3);
	QueuePush(&qq, 4);
	while (!QueueEmpty(&qq))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&qq));
		QueuePop(&qq);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

队列和栈我就不详细介绍了，如果有需要可以看我写的这篇博客：单链表

本期的内容就结束了，文章有错误的地方欢迎大家指正！！！

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