【数据结构】栈和队列
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🗒️前言：
在前几期的学习中，我们认识了顺序表和链表这两种线性表，而在本期学习中，我们将会认识别的线性表。跟随我们的脚本，看看栈和队列有怎样的特点。
一、栈
1.1栈的概念
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。
1.2栈的结构
二、栈的实现
📒2.1栈的初始化
我们将结构体的所有元素都初始化为0。这里与我们在顺序表中的初始化不同，在顺序表中我们在初始化时就开辟了空间，下面我们会介绍另一种方式。
void STInit(ST* ps) { assert(ps); ps->arr = NULL; ps->capacity = ps->top = 0; }
📒2.2进栈
在进栈时可能遇到容量为零，所以我们使用一个条件判断，来确定容量。因为top为0，所以它表示的是下一个元素的下标，要先赋值，再top++。
void STpush(ST* ps, STDateType* x) { assert(ps); if (ps->capacity == ps->top) { int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2; STDateType* tmp= (STDateType*)realloc(ps->arr, sizeof(STDateType) * newcapacity); if (tmp == NULL) { perror("realloc"); exit(-1); } ps->arr = tmp; ps->capacity = newcapacity; } ps->arr[ps->top] = x; ps->top++; }malloc 和 realloc 开辟空间的区别就是 realloc 要传递一个指针，而当我们给 realloc 传递一个空指针，那么它的功能就和 malloc 相同。
📒2.3出栈
出栈只需要将 top --就访问不到这个元素了。在出栈时我们要判断栈中是否还有元素。
void STPop(ST* ps) { assert(ps); assert(ps->top > 0); ps->top--; }
📒2.4读取栈顶元素
栈顶元素就是我们插入的最后一个元素。由于top表示的是下一个元素的下标，所以读取栈顶元素是top要减1。
STDateType STTop(ST* ps) { assert(ps); assert(ps->top > 0); return ps->arr[ps->top - 1]; }
📒2.5判断栈空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}📒2.6栈的销毁
这里使用的内存是动态开辟的，因此在我们使用完后要及时释放掉内存，否则会造成内存泄漏。
void STDestory(ST* ps) { assert(ps); free(ps->arr); ps->arr = NULL; ps->capacity = ps->top = 0; }
三、队列
3.1队列的概念
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
3.2队列的结构
四、队列的实现
📒4.1队列的定义
在入队时相当于尾插，我们可以定义一个尾指针来记录尾的位置。这就使我们传指针时，要传递两个指针，我们可以把指针放到结构体中，这样在插入第一个时也可以解决要传递二级指针的问题。
定义尾指针可以避免每次尾插时要遍历一遍链表。
typedef int QDateType; typedef struct QueueNode { struct QueueNode* next; QDateType date; }QNode; typedef struct Queue { QNode* head; QNode* tail; int size; }Que;
📒4.2队列的初始化
这里的 size 用来记录队列中数据的个数。
void QueueInit(Que* ps) { ps->head = ps->tail = NULL; ps->size = 0; }
📒4.3入队
入队相当于尾插，在入队时我们要考虑链表是否为空。
void QueuePush(Que* ps, QDateType* x) { assert(ps); QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc"); exit(-1); } newnode->date = x; newnode->next = NULL; if (ps->tail == NULL) { ps->head = ps->tail = newnode; } else { ps->tail->next = newnode; ps->tail = newnode; } ps->size++: }
📒4.4出队
出队相当于头删,与之前不同的是，当我们删除最后一个节点，还要记得处理尾指针。
void QueuePop(Que* ps) { assert(ps); assert(!QueueEmpty(ps)); if (ps->head->next == NULL) { free(ps->head); ps->head = ps->tail = NULL; } else { QNode* next = ps->head->next; free(ps->head); ps->head = next; } ps->size--; }
📒4.5获取队头元素
队头元素就是头指针指向的节点的数据域。
QDateType QueueFront(Que* ps) { assert(ps); assert(!QueueEmpty(ps)); return ps->head->date; }
📒4.6获取队尾元素
我们通过尾指针可以直接找到队尾，不用遍历链表。
QDateType QueueBack(Que* ps) { assert(ps); assert(!QueueEmpty(ps)); return ps->tail->date; }
📒4.7判断空队列
利用bool的函数判断队列是否为空，当尾指针为空时，返回true；当尾指针不为空时，返回false。
bool QueueEmpty(Que* ps)
{
assert(ps);
return ps->tail==NULL；
}📒4.8队列的销毁
我们在销毁时，要考虑尾指针，要及时将尾指针置为空，否则会造成内存泄漏。
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; }
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