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C语言栈和队列如何实现

蜗牛互联网技术资讯2022-05-261630

这篇文章主要讲解了“C语言栈和队列如何实现”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“C语言栈和队列如何实现”吧！

    一、栈与队列以及双端队列的概念

    1.1 栈的概念及结构

    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 队列的概念及结构

    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

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第1张

    1.3 双端队列的概念及结构

    双端队列：是一种线性表，又称为双向队列，所有的插入和删除（通常还有所有的访问）都在表的两端进行。

    二、栈的实现和模拟栈

    栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言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。、

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第2张

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第3张

    2.1 实现一个支持动态增长的栈

    头文件：

    #pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack//动态栈
{
	int *a;
	int top;//栈顶的位置
	int capacity;//容量
}ST;
STDataType StackTop(ST* ps);//返回栈顶的值
void StackInit(ST* ps);//初始化栈
void StackDestory(ST* ps);//销毁栈
void StackPop(ST* ps);//弹出
void StackPush(ST* ps, STDataType x);//插入
bool StackEmpty(ST* ps);//判断栈是否为空。

    源文件：

    #include"Stack.h"
void StackInit(ST* ps)//栈的初始化
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;//a点的值指向空
	ps->top = 0;//栈底为0
	ps->capacity = 0;//空间为0
}
void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);//把a释放掉
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDataType x)//入数据
{
	assert(ps);
	//满了就扩容
	if (ps->top == ps->capacity)//如果栈的栈顶恰好和容量相等就扩容
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (ps->a == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		ps->capacity = newCapacity;//新的空间赋给旧的
	}
	ps->a[ps->top] = x;//栈顶插入x;
	ps->top++;//top++
}
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;//top--就相当于删除操作
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//两种写法
	//if (ps->top > 0)
	//{
	//	return false;
	//}
	//else
	//{
	//	return true;
	//}
	return ps->top == 0;
}
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];//访问栈顶元素（这里因为top我们设为0，所以访问栈顶元素相当于top-1
}
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

    2.2 数组模拟静态栈

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第4张

    #include<iostream>
using namespace std;
const int N = 1e6 + 10;
int n;
int stk[N];
int top = - 1;
int main ()
{
    cin >> n;
    while(n --)
    {
        string s;
        cin >> s;
        if(s == "push")
        {
            int a;
            cin >> a;
            stk[++top] = a;
        }
        if(s == "pop")
        {
            top--;
        }
        if(s == "empty")
        {
            if(top >= 0) printf("NO\n");
            else printf("YES\n");
        }
        if(s == "query")
        {
            printf("%d\n", stk[top]);
        }
    }
    return 0;
}

    三、 队列的实现(动态)和模拟静态队列

    队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数 组头上出数据，效率会比较低。

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第5张

    3.1 实现一个支持动态增长的栈

    头文件：

    #pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef int QDataType;//方便改类型
typedef struct QueueNode//保存每个节点的数据
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;
//上面的写法等价于：
//typedef struct Queue
//{
//	QNode* head;
//	QNode* tail;
//};
//
//typedef struct Queue Queue;//
//一般实际情况哨兵位的头节点不存储值，不放数据
void QueueInit(Queue* pq);//队列初始化
void QueueDestory(Queue* pq);//队列销毁
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//队尾插入
void QueuePop(Queue* pq);//弹出队头
bool QueueEmpty(Queue* pq);//判断是否为空
size_t QueueSize(Queue* pq);//size_t相当于Unsinged int
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);

    源文件：

    #include"Queue.h"
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;//先记录下一个位置
		free(cur);//free掉cur指针
		cur = next;//cur赋值到下一个位置
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;//置空
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)//队尾插入//插入int类型的参数
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);
	newnode->data = x;//新的节点的值被赋与x
	newnode->next = NULL;//新的节点是在队尾，所以指向的下一个位置是空
	if (pq->tail == NULL)//如果链表的第一个值为空，则head = tail = NULL
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else//尾插
	{
		pq->tail->next = newnode;//先改指向
		pq->tail = newnode;//再改地址
	}
}
void QueuePop(Queue* pq)//弹出队首
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);
	if (pq->head->next == NULL)//只有一个节点
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;//QNode* next相当于是QDataType的头指针的下一个位置
		free(pq->head);
		pq->head = next;//头往后走
	}
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
	return pq->head == NULL;//程序调试了快一个小时就是因为pq->head没加后面的== NULL
}
size_t QueueSize(Queue* pq)//size_t相当于Unsinged int
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)//返回队头第一个位的值
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)//返回队尾的值
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->data;
}

    3.2 数组模拟静态队列

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第6张

    #include<iostream>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N = 1e5 + 10;
int q[N];
int n;
int hh ,tt = -1;//hh表示头，tt表示尾
int main ()
{
    cin >> n;
    while(n --)
    {
        string s;
        cin >> s;
        if(s == "push")
        {
            int x;
            cin >> x;
            q[++tt] = x;
        }
        else if(s == "pop")
        {
            hh ++;
        }
        else if(s == "empty")
            {
                if(hh <= tt) printf("NO\n");//尾在逻辑上要比头更前面
                else printf("YES\n");
            }
        else cout << q[hh] << endl;
    }
    return 0;
}

    四、leetcode-栈实现队列和用队列实现栈

    225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第7张

    代码：

    typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode//保存每个节点的数据
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//队尾插入
void QueuePop(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
size_t QueueSize(Queue* pq);//size_t相当于Unsinged int
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;//先记录下一个位置
		free(cur);//free掉cur指针
		cur = next;//cur赋值到下一个位置
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;//置空
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)//队尾插入
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)//如果链表的第一个值为空，则head = tail = NULL
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else//尾插
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}
void QueuePop(Queue* pq)//弹出队首
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);
	if (pq->head->next == NULL)//只有一个节点
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;//QNode* next相当于是QDataType的头指针的下一个位置
		free(pq->head);
		pq->head = next;//头往后走
	}
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
	return pq->head == NULL;//程序调试了快一个小时就是因为pq->head没加后面的== NULL
}
size_t QueueSize(Queue* pq)//size_t相当于Unsinged int
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)//返回队头第一个位的值
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->data;
}
typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;
MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    assert(pst);
 
    QueueInit(&pst->q1);
    QueueInit(&pst->q2);
    return pst;
}
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    assert(obj);
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
 
}
int myStackPop(MyStack* obj) {
    Queue* emptyQ = &obj->q1;//假设q1为空，q2不为空
    Queue* nonEmptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyQ = &obj->q2;
        nonEmptyQ = &obj->q1;
    }
    //把非空队列的前N个数据导入空队列，剩下一个删掉
    //就实现了后进先出
    while(QueueSize(nonEmptyQ) > 1)
    {
        QueuePush(emptyQ, QueueFront(nonEmptyQ));
        QueuePop(nonEmptyQ);
    }
    int top = QueueFront(nonEmptyQ);//此时那个非空的队列只剩下一个数据
    QueuePop(nonEmptyQ);
    return top;
}
int myStackTop(MyStack* obj) {
    assert(obj);
      if(!QueueEmpty(&obj->q1))//如果q1不为空
    {
     return QueueBack(&obj->q1);  
    }
    else
    {
     return QueueBack(&obj->q2);  
    }
}
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}
void myStackFree(MyStack* obj) {
    assert(obj); 
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);
}

    232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）栈是后进先出

    思路：设计两个栈，一个栈专门用来入数据，一个栈专门用来出数据。

    C语言栈和队列如何实现 c语言 第8张

    typedef int STDataType;
typedef struct Stack//动态链表
{
	int *a;
	int top;//栈顶的位置
	int capacity;//容量
}ST;
STDataType StackTop(ST* ps);
void StackInit(ST* ps);//初始化栈
void StackDestory(ST* ps);
void StackPop(ST* ps);
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
bool StackEmpty(ST* ps);
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDataType x)//入数据
{
	assert(ps);
	//满了就扩容
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		ps->a = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (ps->a == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	//两种写法
	//if (ps->top > 0)
	//{
	//	return false;
	//}
	//else
	//{
	//	return true;
	//}
	return ps->top == 0;
}
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];//访问栈顶元素
}
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
typedef struct
{
    ST pushST;
    ST popST;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    assert(obj);
    StackInit(&obj->pushST);//&符要加，要改变结构体里面的内容
    StackInit(&obj->popST);
    return obj;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    assert(obj);
    StackPush(&obj->pushST, x);
}
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    //如果popST为空， 把pushST的数据拿过来，就符合先进先出的顺序了
    if(StackEmpty(&obj->popST))//如果ST Pop为空就执行
    {
        while(!StackEmpty(&obj->pushST))
        {
            StackPush(&obj->popST, StackTop(&obj->pushST));
            StackPop(&obj->pushST);//把pushST里的数据删掉
        }
    }
    int front = StackTop(&obj->popST);//记录栈顶的数据
    StackPop(&obj->popST);
    return front;
}
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    //如果popST为空， 把pushST的数据拿过来，就符合先进先出的顺序了
    if(StackEmpty(&obj->popST))//如果ST Pop为空就执行
    {
        while(!StackEmpty(&obj->pushST))
        {
            StackPush(&obj->popST, StackTop(&obj->pushST));
            StackPop(&obj->pushST);//把pushST里的数据删掉
        }
    }
    return StackTop(&obj->popST);
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
        assert(obj);
    return StackEmpty(&obj->pushST)&&StackEmpty(&obj->popST);
}
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    StackDestory(&obj->pushST);
    StackDestory(&obj->popST);
    free(obj);
}

    感谢各位的阅读，以上就是“C语言栈和队列如何实现”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对C语言栈和队列如何实现这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是蜗牛博客，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！

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