目录
一:栈
(1)什么是栈
(2)栈的两种实现方式
(3)栈的一些基本接口实现
【1】栈的结构体和初始化
【2】入栈
【3】销毁
【4】出栈
【5】判断栈是否为空
【6】取顶部数据
【7】取栈中有效数据的个数
【8】栈的全部代码
二:队列
(1)什么是队列
(2)队列的两种实现方式
(3)队列的一些基本接口实现
【1】队列的结构体和初始化
【2】入队列
【3】销毁队列
【4】判断队列是否为空
【5】出队列(删除数据)
【6】查找队列的头尾数据
【7】查找队列的结点个数
【8】队列的全部代码
三:小结
一:栈
(1)什么是栈
【1】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。 【2】压栈:栈的插入操作叫做进栈 / 压栈 / 入栈, 入数据在栈顶 。 【3】出栈:栈的删除操作叫做出栈。 出数据也在栈顶 。 图解:
(2)栈的两种实现方式
链式栈:用链表的结构来实现栈。
顺序栈:用数组的结构来实现栈。
优劣对比:
【1】单向链式结构的出栈入栈(删除插入)效率比较低,因为我们要先找到尾结点再行插入删除,可以通过双向链表或者将单向链表的头结点当作栈顶来处理。
【2】顺序栈只需要记录栈顶位置(同时也是有效元素个数),进行出栈入栈(尾插尾删)十分方便,而且不需要多余的空间存储地址。
综上所述:在栈的实现中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。
(3)栈的一些基本接口实现
【1】栈的结构体和初始化
结构体:
注:改变结构体的变量只需要传入结构体指针。
初始化:
【2】入栈
基础思路:
①根据有效数据个数(top)和最大容量来判断是否扩容。
②存储数据。
③有效数据个数和最大容量进行更新。
图解:
代码:
【3】销毁
思路:销毁很简单,因为空间是连续的,注意把栈顶位置(top)和最大容量置0就行。
代码:
【4】出栈
思路:
①栈顶其实是我们数组的尾,我们直接将top(有效数据个数)减一就行(数据失联)。
②注意如果栈为空就不能在减了,不然会是top=-1,造成越界访问。
代码:
【5】判断栈是否为空
思路:根据top判断,为0就是空栈,返回true,否则返回false。(注意包头文件stdbool.h)
代码:
【6】取顶部数据
思路:
①我们现在有有效数据个数,将它减一就得到顶部数据的下标,直接用下标访问,然后返回这个数据就行。
②栈为空不能用下标访问,不然会越界。
代码:
【7】取栈中有效数据的个数
思路:很简单,直接返回top就行。
代码:
【8】栈的全部代码
stack.h(头文件)
#pragma once#include #include #include #include //重定义数据类型,方便更改typedef int STDataType;typedef struct stack {//存储数据STDataType* a;//栈顶(位置)int top;//容量int capacity;}ST;//初始化void StackInit(ST* ps);//销毁void StackDestroy(ST* ps);//入栈void StackPush(ST* ps, STDataType x);//出栈(销毁)void StackPop(ST* ps);//取栈顶的数据STDataType StackTop(ST* ps);//取栈中的有效数据个数int StackSize(ST* ps);//判断栈是否为空bool StackEmpty(ST* ps);
stack.c(接口实现)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "stack.h"//初始化void StackInit(ST* ps){//断言,不能传空指针进来assert(ps );//一开始指向NULLps->a = NULL;//把栈顶和容量都置为空ps->top = ps->capacity = 0;}//销毁void StackDestroy(ST* ps){//断言,不能传空指针进来assert(ps );//栈顶和容量置为空ps->top = ps->capacity = 0;//释放空间free(ps->a);ps->a = NULL;}//入栈void StackPush(ST* ps, STDataType x){//断言,不能传空指针进来assert(ps);//先判断是否扩容if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 " />capacity = newcapacity;ps->a = tmp;}//存储数据ps->a[ps->top] = x;ps->top++;}//出栈(删除)void StackPop(ST* ps){//断言,不能传空指针进来assert(ps);//如果栈为空,不能出栈assert(!StackEmpty(ps));ps->top--;}//取顶部数据STDataType StackTop(ST* ps){//断言,不能传空指针进来assert(ps);//如果栈为空,不能进行访问assert(!StackEmpty(ps));//返回栈顶数据return ps->a[ps->top-1];}//取栈中的有效数据个数int StackSize(ST* ps){//断言,不能传空指针进来assert(ps);//直接返回topreturn ps->top;}//判断栈是否为空bool StackEmpty(ST* ps){//断言,不能传空指针进来assert(ps);//依据top来判断/*if (ps->top == 0)return true;return false;*///更简洁的写法,一个判断语句的值要么为true,要么falsereturn ps->top == 0;}
text.c(测试,写接口最好写一测一)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "stack.h"void text1(){ST s1;StackInit(&s1);StackPush(&s1, 89);StackPush(&s1, 109);while (!StackEmpty(&s1)){printf("%d ", StackTop(&s1));//出栈StackPop(&s1);}//测试结束,及时释放空间StackDestroy(&s1);}void text2(){ST s;StackInit(&s);StackPush(&s, 5);StackPush(&s, 48);StackPush(&s, 88);StackPush(&s, 85);int a = StackSize(&s);printf("%d\n", a);StackPop(&s);StackPop(&s);StackPop(&s);StackPop(&s);bool t=StackEmpty(&s);if (t)printf("为空\n");elseprintf("不为空\n");//测试结束,及时释放空间StackDestroy(&s);}int main(){//text2();text1();return 0;}
二:队列
(1)什么是队列
【1】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)的特性。
【2】入队列:进行插入操作的一端称为队尾。
【3】出队列:进行删除操作的一端称为队头。
图解:
(2)队列的两种实现方式
【1】和栈类似,队列也可以用数组和链表的结构实现。 【2】数组实现的队列每一次入队都要将数据前移一位,而链表实现的队列入队不需要大量的移动数据,效率更高。
(3)队列的一些基本接口实现
【1】队列的结构体和初始化
结构体:与原先我们实现的链表小有不同,我们要取到队列的最后一个结点的数据或者进行入队,都需要得到尾结点的地址,所以我们可以另外声明一个结构体,其中一个变量为我们熟悉的头指针,一个为记录尾结点地址的尾指针。(也可以不声明这个结构体,但要定义两个结构体指针,一个头和一个尾,函数传参要同时传入这两个指针)
图解:
初始化:
【2】入队列
思路:
①申请新结点并存储数据(注意新结点指针域指空)。
②扩容加链接加尾结点更新。
③一定要对空队列进行单独处理,不然会对空指针解引用。
代码:
【3】销毁队列
思路:
①和单链表类似,从头结点开始,一个个往后删除。
②注意记录下一个结点位置再释放。
③要把头和尾都进行置空(避免野指针)。
图解:
代码:
【4】判断队列是否为空
思路:根据头指针是否为空来进行判断。
代码:
【5】出队列(删除数据)
思路:
①保存原头结点的下一个结点再释放,然后更新头指针。
②注意队列为空的时候不能进行删除,不然会对空指针解引用。
③有一个比较隐性的bug,那就是进行了多次删除一直到把队列删空,头指针置空了但是尾指针没有置空,存在野指针的问题。
隐性bug图解:
代码:
【6】查找队列的头尾数据
思路:
①很简单,直接返回头结点和尾结点的数据。
②注意队列为空时不能查找,不然会对空指针解引用。
代码:
【7】查找队列的结点个数
一样有两种实现方法:
①定义一个计数变量并遍历整个链表直至空。
②在队列结构体中多声明一个size变量来记录,初始化为0,每次出入队列都进行更新。
本文采用第一种
代码:
【8】队列的全部代码
Queue.h
#pragma once#include #include #include #include //重定义,方便更改存储类型typedef int QDataType;//结点的结构体typedef struct QueueNode{struct QueueNode* next;QDataType data;}QNode;//队列的结构体(头用来开辟链接,尾用来查找)typedef struct Queue{//头QNode* head;//尾QNode* tail;}Queue;//队列的初始化void QueueInit(Queue* pq);//入队列(队列只能从后入)void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//队列的销毁void QueueDestroy(Queue* pq);//出队列(删除)void QueuePop(Queue* pq);//判断队列是否为空bool QueueEmpty(Queue* pq);//查找队列的头数据QDataType QueueFront(Queue* pq);//查找队列的尾数据QDataType QueueBack(Queue* pq);//查找队列的结点个数int QueueSize(Queue* pq);
Queue.c(接口实现)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "Queue.h"//初始化void QueueInit(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//初始化,把头和尾都指向空pq->head = pq->tail = NULL;}//入队列void QueuePush(Queue* pq,QDataType x){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//申请新结点QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));newnode->data = x;newnode->next = NULL;//如果队列为空,单独处理if (pq->head == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}else{//原尾指向新结点(链接)pq->tail->next = newnode;//更新尾pq->tail = newnode;}}//队列销毁void QueueDestroy(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//先保存下一个,再释放QNode* cur = pq->head;while (cur){//记录QNode* next = cur->next;//释放free(cur);//迭代cur = next;}//头尾都置空pq->head = pq->tail = NULL;}//出队列(删除)void QueuePop(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//断言,队列为空不能删除assert(!QueueEmpty(pq));//保存原头的下一个结点位置QNode* newhead = pq->head->next;//释放free(pq->head);//迭代pq->head = newhead;//如果删除结束了,要把tail指向空(避免野指针)if (pq->head == NULL)pq->tail = NULL;}//判断队列是否为空bool QueueEmpty(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);/*if (pq->head == NULL)return true;elsereturn false;*///依据判断语句的指直接返回return pq->head == NULL;}//查找队列的头数据QDataType QueueFront(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//断言,队列为空不能查找assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;}//查找队列的尾数据QDataType QueueBack(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//断言,队列为空不能查找assert(!QueueEmpty(pq));return pq->tail->data;}//查找队列的结点个数int QueueSize(Queue* pq){//断言,不能传空的结构体指针assert(pq);//计数int size = 0;//遍历链表QNode* cur = pq->head;while (cur){size++;cur = cur->next;}return size;}
text.c(测试)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "Queue.h"//测试void text1(){Queue Q;QueueInit(&Q);QueuePush(&Q, 80);QueuePush(&Q, 60);QueuePush(&Q, 40);QueuePush(&Q, 70);QueuePop(&Q);QueuePop(&Q);QueuePop(&Q);QueuePop(&Q);bool a = QueueEmpty(&Q);//QueueDestroy(&Q);}void text2(){Queue Q2;QueueInit(&Q2);queuepush(&Q2, 80);queuepush(&Q2, 60);queuepush(&Q2, 100);queuepush(&Q2, 67);printf("%d ", queuefront(&Q2));printf("%d ", queueback(&Q2));int size=QueueSize(&Q2);}int main(){//text1();text2();return 0;}
三:小结
相较于链表,栈和队列的实现更加简单,但有关栈和队列的面试题还是比较难的,下一次我们就会在这一次的基础上完成一些比较经典的OJ题目。