C语言编程数据结构的栈和队列
栈
栈是一种以后进先出为顺序对对象进行添加或删除的数据结构
对栈进行形象记忆就像是桌子上的一堆书或一堆盘。对盘子取或者存盘子，都只能对最上面的书或者盘子进行操作。
对于栈而言，只有弹栈才能获取其数据。
当我们用C语言实现栈这个数据结构。
其实有三种方法实现
1，数组
2，单链表
3，双向链表
但是，对于双向链表，实现栈而言过于复杂。
可以选择数组或者单链表。
数组实现
标题全部代码
Stack_array.c
#include "Stack_array.h"
void InitStack(STstack* st)//栈的初始化
{
st->top = 0;
st->arr = (STData*)malloc(CAP*sizeof(STData));
st->capacity = CAP;
}
void StackPush(STstack* st, STData n)//元素入栈
{
if (st->top == st->capacity)//判断是否需要扩容
{
StackExpansion(st);
}
st->arr[st->top++] = n;
}
STData StackPop(STstack* st)//元素退栈
{
assert(st);
assert(!StackEmpty(st));//判断是否为空栈
return st->arr[--st->top];
}
int StackEmpty(STstack* st)//判断栈是否为空
{
if (st->top == 0)
return 1;
return 0;
}
void StackDestory(STstack* st)//销毁栈，防止内存泄漏
{
free(st->arr);
st->arr = NULL;
}
void StackExpansion(STstack* st)//扩容
{
STData* tmp = (STData*)realloc((STData*)st->arr, sizeof(STData) * (st->capacity) * 2);
if (tmp == NULL)
{
printf("Exparsion Error\n");
exit(-1);
}
st->arr = tmp;
st->capacity *= 2;
}
void StackPrint(STstack* st)//打印栈的元素，但前提是要退栈才能得到元素
{
while(st->top)
{
STData ret = StackPop(st);
printf("%d ", ret);
}
}
Stack_array.h
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#define CAP 4
typedef int STData;
typedef struct Stack//结构体用于维护栈
{
int top;//栈顶标记
STData* arr;//栈的指针
int capacity;//栈的容量
}STstack;
void InitStack(STstack* st);//栈的初始化
void StackPush(STstack* st, STData n);//元素入栈
STData StackPop(STstack* st);//元素退栈
void StackExpansion(STstack* st);//扩容
int StackEmpty(STstack* st);//判断栈是否为空
void StackDestory(STstack* st);//销毁栈，防止内存泄漏
void StackPrint(STstack* st);//打印栈的元素，但前提是要退栈才能得到元素
对于数组实现而言。创建一个结构体用于维护整个栈。而其中有一个用于链接创建的数组。
typedef int STData;
typedef struct Stack//结构体用于维护栈
{
int top;//栈顶标记
STData* arr;//栈的指针
int capacity;//栈的容量
}STstack;
作为数组栈，需要一个动态的数组。则这就需要一个Capacity作为衡量是否需要扩容的标准。而top需要作为入栈元素的位置。
当top的值等于Capacity时就意味着栈已经满了。因为数组是从0开始的
初始化数组栈
在初始化时，要先动态开辟一个数组空间，且，未压栈压入数据元素，其top要设为0.要保证当需要压栈时有明确指定的空间。同时，top的位置要为最后压入数据的下一个下标。
void InitStack(STstack* st)//栈的初始化
{
st->top = 0;
st->arr = (STData*)malloc(CAP*sizeof(STData));
st->capacity = CAP;
}
满栈后扩容
其Capacity要作为判断是否满栈的标准。且，满栈后要进行扩容（因为是动态数组）。
void StackExpansion(STstack* st)//扩容
{
STData* tmp = (STData*)realloc((STData*)st->arr, sizeof(STData) * (st->capacity) * 2);
if (tmp == NULL)
{
printf("Exparsion Error\n");
exit(-1);
}
st->arr = tmp;
st->capacity *= 2;
}
同时，还要每次更改栈的容量，为下一次是否满栈作为标准。
是否为空栈
int StackEmpty(STstack* st)//判断栈是否为空
{
if (st->top == 0)
return 1;
return 0;
}
其是否为空。也就是top的位置在数组的0下标位。
压栈和退栈
void StackPush(STstack* st, STData n)//元素入栈
{
if (st->top == st->capacity)//判断是否需要扩容
{
StackExpansion(st);
}
st->arr[st->top++] = n;
}
STData StackPop(STstack* st)//元素退栈
{
assert(st);
assert(!StackEmpty(st));//判断是否为空栈
return st->arr[--st->top];
}
压栈
每次压栈，都需要判断是否满栈，并决定是否扩容。
同时，当在原先top位置的数位置进行赋值。并之后要将top向后移动一个位置。保证下一次压栈。
退栈
退栈返回top的上一个位置的元素。同时top向前移动一个位置，不需要free，下次压栈会自动覆盖。
链表实现
stack_chain.h
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 3
typedef struct stackele
{
int n;
int* point;
}sta;
sta* top;
void initstack(sta* a);//初始化栈
void pushstack(sta* a,int num);//入栈
//void printstack(sta* a);//打印栈
//void fullstack(sta* a);//检查是否满栈的情况
void emptystack(sta* a);//检查是否空栈的情况
int popstack(sta*a);//出栈
stack_chain.c
#include "stack_chain.h"
void initstack(sta* a)//初始化栈
{
top= NULL;
}
void pushstack(sta* a, int num)//入栈
{
sta* p = (sta*)malloc(sizeof(sta));
p->n = num;//新节点赋值
p->point = top;
top = p;
}
int popstack(sta* a)//出栈
{
emptystack(a);//检查是否空栈的情况
int date;
sta* des = top;
top = top->point;
date = des->n;
free(des);
des = NULL;
return date;
}
void emptystack(sta* a)//检查是否空栈的情况
{
if (top == NULL)
{
printf("Stack empty");
exit(0);
}
}
对于链表实现栈而言，和数组其实差不多。只不够，每次压栈都需要重新动态开辟一个新节点，并且链入栈中。但是，这并不是普通的直接链入。而是需要头插入栈。
这样头插入栈，可以方便退栈的时候，可以找到上一个元素。而压栈是不需要什么顺序。每一个压栈节点就是top节点。
整个压栈流程
void pushstack(sta* a, int num)//入栈
{
sta* p = (sta*)malloc(sizeof(sta));
p->n = num;//新节点赋值
p->point = top;
top = p;
}
整个弹栈流程
int popstack(sta* a)//出栈
{
emptystack(a);//检查是否空栈的情况
int date;
sta* des = top;
top = top->point;
date = des->n;
free(des);
des = NULL;
return date;
}
出栈情况
尤其要把握一个条件：空栈
由于不是数组，且链式结构的特性，是不需要扩容的。即不需要判断满栈的情况。
只考虑空栈的条件
void emptystack(sta* a)//检查是否空栈的情况
{
if (top == NULL)
{
printf("Stack empty");
exit(0);
}
}
这里空栈的条件是top指针指向NULL时也就是
为什么呢？
因为每次弹栈的时候，都会free掉top指向的空间然后让top指向下一个节点。就这样不断移动。但是我设计初始化的时候是top= NULL;而且每次压栈都是p->point = top;这就会有一个标准来限定空栈的情况。
对于栈而言，其更像是一个递归的具象化。
队列
这种数据结构就像是银行柜台的取号机，
先取号的先去柜台。
始终满足先入先出的概念
队列的实现
queue_chain.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int QUData;
typedef struct queue
{
QUData data;
struct queue* next;
}queue;
typedef struct Queue//结构体用于维护队列
{
queue* Dequeue;//队头指针
queue* Enqueue;//队尾指针
}QUqueue;
void InitQueue(QUqueue* qu);//栈的初始化
void QueuePush(QUqueue* qu, QUData n);//元素入队
QUData QueuePop(QUqueue* qu);//元素出队
int QueueEmpty(QUqueue* qu);//判断队列是否为空
void QueueDestory(QUqueue* qu);//销毁队，防止内存泄漏
void QueuePrint(QUqueue* qu);//打印队列中的元素，但前提是要出队才能得到元素
queue_chain.c
#include "queue_chain.h"
void InitQueue(QUqueue* qu)//队列的初始化
{
qu->Dequeue = qu->Enqueue = NULL;
}
void QueuePush(QUqueue* qu, QUData n)//元素入队
{
queue* newcell = (QUData*)malloc(sizeof(QUData));
newcell->data = n;
newcell->next = NULL;
if (qu->Dequeue == NULL)
{
qu->Enqueue = qu->Dequeue = newcell;
}
else
{
qu->Enqueue->next = newcell;
qu->Enqueue = newcell;
}
}
QUData QueuePop(QUqueue* qu)//元素出队
{
if (QueueEmpty(qu))
{
printf("Queue Is Empty");
exit(-1);
}
QUData ret = qu->Dequeue->data;
qu->Dequeue = qu->Dequeue->next;
return ret;
}
int QueueEmpty(QUqueue* qu)//判断队列是否为空
{
if (qu->Dequeue == qu->Enqueue)
return 1;
return 0;
}
void QueueDestory(QUqueue* qu)//销毁队，防止内存泄漏
{
queue* cur = qu->Dequeue;
while (cur)
{
queue* pnext = cur->next;
free(cur);
cur = pnext;
}
qu->Dequeue = qu->Enqueue = NULL;
}
void QueuePrint(QUqueue* qu)//打印队列中的元素，但前提是要出队才能得到元素
{
queue* cur = qu->Dequeue;
while (cur)
{
printf("%d ", cur->data);
cur = cur->next;
}
}
队 毕竟是先入先出的数据结构。
所以要两个指针，
qu->Dequeue 指向队头，
qu->Enqueue 指向队尾，
不然每次都去找队尾是相当浪费时间的。
一个结构体类型用于维护这个队列
typedef int QUData;
typedef struct queue//描述每个队的元素
{
QUData data;
struct queue* next;
}queue;
typedef struct Queue//结构体用于维护队列
{
queue* Dequeue;//队头指针
queue* Enqueue;//队尾指针
}QUqueue;
队头指针负责出队，
队尾指针负责入队。
概念流程图
入队
入队列的实现
void QueuePush(QUqueue* qu, QUData n)//元素入队
{
queue* newcell = (QUData*)malloc(sizeof(QUData));
newcell->data = n;
newcell->next = NULL;
if (qu->Dequeue == NULL)
{
qu->Enqueue = qu->Dequeue = newcell;
}
else
{
qu->Enqueue->next = newcell;
qu->Enqueue = newcell;
}
}
**当然，入队列在刚开始的时候，头尾指针还是一起指向NULL。
当入第一个元素时，那个元素即是第一个元素也是最后一个元素。要独立判断。**这是一个特殊情况。
出队
出队列的实现
QUData QueuePop(QUqueue* qu)//元素出队
{
if (QueueEmpty(qu))
{
printf("Queue Is Empty");
exit(-1);
}
QUData ret = qu->Dequeue->data;
qu->Dequeue = qu->Dequeue->next;
return ret;
}
但是每次出队列都需要判断是否为空队。如果是空队还继续出队会相当于NULL->next ,这是直接报错的。
所以还要一个函数判断是否空队。
是否空队
int QueueEmpty(QUqueue* qu)//判断队列是否为空
{
if (qu->Dequeue == qu->Enqueue)
return 1;
return 0;
}
空队就是相当于回到了初始化的情形
qu->Dequeue = qu->Enqueue = NULL;
也就是两者都指向同一处，也就是NULL。
以上就是C语言编程数据结构的栈和队列的详细内容，更多关于C语言数据结构的资料请关注编程网其它相关文章！
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