栈与队列的实现逻辑以及底层代码_队列底层实现

目录

1.前言

2.栈

3.队列

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1.前言

栈和队列不是一种语言独有的结构，而是一个由代码语言设计的一种数据结构。是由人设计出的一种具有特定意义的结构。

2.栈

什么是栈，栈以结构体为节点按要求链接的一种后进先出的一种数据结构（last in first out）简称LIFO结构。栈可以由数组实现也可以由链表实现。只不过数组实现出的栈效果更好，这里以数组为实现。

每一个进去栈的数据都包含三个数据，数组指针，空间大小以及栈顶元素的下标为了将三个封装在一起所以我们要用到结构体。分别是int* a（数组，通过下标来储存数据） int top （栈顶元素的下一个的下标（为什么是下一个元素的小标呢因为我们初始化时将top赋值0即 top=0，但是此时栈中是没有数据的，所以是下一个小标。不过也可以赋值为-1，那么此时就是栈顶元素的下标了）） 

栈的节点

typedef int DataType;
 
typedef struct Stack
{
    DataType* a;//顺序表
    int top;栈顶元素的下一个下标
    int capacity;空间大小
}ST;

栈的底层代码函数有7个

​
 
void STinit(ST* ps);//栈的初始化
void STDstory(ST* ps);//栈的销毁
void STpush(ST* ps,DataType x);//入栈操作
void STpop(ST* ps);//出栈操作
DataType STtop(ST* ps);//获得栈顶的元素
bool STEmpty(ST* ps);//判断栈是否为空
int STSize(ST* ps);//判断栈中的有效元素个数
 
​

为什么要有这7个底层函数呢，目前而言这七个函数满足了栈的各种需求，如果你认为还有更好的函数来满足栈的需求也可以自己增加。不过这7个函数应该是已经足够了。

2.1下列分别介绍7个函数

2.1.1 栈的初始化（void STinit(ST* ps)）

第一个函数很简单将结构体中的数据全部初始化为“0”就行了

void STinit(ST* ps)//栈的初始化
{
    ps->a=NULL;
    ps->top=ps->capacity=0;
}

2.1.2 栈的销毁 （void STDstory(ST* ps)）

栈的销毁也比较简单，我们类比顺序表的销毁

void STDestory(ST* ps)//栈的销毁
{
    free(ps->a);
    ps->a=NULL;
    ps->top=ps->capacity=0;
}

2.1.3 入栈操作（void STpush(ST*ps，DataType x)）

     将数据压入栈中类比与顺序表，先判断结构体是否为空，防止出现空指针访问，接着考虑空间是否充足，要不要扩容，最后再进行压栈操作。

void STpush(ST*ps，DataType x)
{
    assert(ps);
    
    if(ps->capacity==ps->top)//说明空间已经到达极限了，需要扩容操作
    {
        ps->capacity==0?2:(2*(pa->capacity));
        DataType* newa=(DataType*)relloc(ps->a,(ps->capacity)*sizeof(DataType))
    
        if(newa==NULL)
        {
            perror("relloc fail!");
            return -1;
        }
 
    }
 
 
     ps->a[ps->top]=x;
    
     ps->top--;
}

2.1.4 出栈操作（STpop(ST* ps)） 

这实现的是，出的操作，将栈顶的元素pop出。

void STpop(ST* ps)
{
    assert(ps);//断言防止出现空指针的访问操作
    ps->a[top--]=0;
}

2.1.5 获取栈顶的元素（DataType STtop(ST* ps)）

获得栈顶元素

​
DataType STtop(ST* ps)
{
    return ps->a[--(ps->top)];
}
 
​

2.1.6 判断栈是否为空（bool STEmpty(ST* ps)）

bool STEmpty(ST* ps)
{
    return (--ps->top)==0;
}

2.1.7 判断栈中的有效元素个数（int STSize(ST* ps)）           

int STSize(ST* ps)
{
    return ps->top;
}

3.队列

队列+是以链表为基础的数据结构实现的是先进先出。但这里需要带头节点和尾结点，为什么呢？假如我们不带尾节点在我们进行入栈操作时需要遍历一遍链表到达尾节点时间复杂度是O(N)，而用带尾结点我们就可以直接进行尾删操作了这样一来时间复杂度可以做到O(1)了。但是我们传参的时候传两个有点不太方便，所以我们就想到了用结构体将他们封装起来。

所以队列有两个结构体，一个表示一个节点包括的内容包括了，DataType val ,struct QueueNode* next。另一个则是包括首尾指针的结构体

代码如下

​
typedef int DataType;
typedef struct QueueNode//队列的每一个结构体节点
{
    int val;
    struct QueueNode* next;
}QNode;
 
typedef struct Queue//头尾指针
{
    QNode* tail;
    QNode* head;
    int size;//队列大小
}Queue;
 
​

队列的底层代码有8个如下

//入队列队尾
void Queuepush(Queue* pq, QDataType x);//链表可能为空
//出队列队头
void Queuepop(Queue* pq);
 
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq,QNode* ps);
 
//队列的销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
 
//返回队头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
 
//返回队尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
 
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
 
//返回队列中的有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

3.1.1 入队列（void Queuepush(Queue*pq,QDataType x)）

这里我们入队列用尾插，出队列我们用头插。

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
 
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
 
	if (pq->ptail)
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
 
	pq->size++;
}

3.1.2 出队列（void QueuePop(Queue* pq) ）

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	// 0个节点
	// 温柔检查
	//if (pq->phead == NULL)
	//	return;
	
	// 暴力检查 
	assert(pq->phead != NULL);
 
	// 一个节点
	// 多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
 
	pq->size--;
}

3.1.3 队列的初始化（void QueueInit(Queue* pq)）

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

3.1.4 队列的销毁（void QueueDestroy(Queue* pq)）

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
 
		cur = next;
	}
 
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

3.1.5 返回对头数据（QDataType QueueFront(Queue* pq)）

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	// 暴力检查 
	assert(pq->phead != NULL);
 
	return pq->phead->val;
}

3.1.6 返回队尾数据（QDataType QueueBack(Queue* pq)）

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	// 暴力检查 
	assert(pq->ptail != NULL);
 
	return pq->ptail->val;
}

3.1.7 判断队列是否为空（bool QueueEmpty(Queue* pq)）

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	return pq->size == 0;
}

3.1.8 返回队列中有效元素个数（int QueueSize(Queue* pq)）

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
 
	return pq->size;
}

希望这篇博客对你有帮助