数据结构与算法——栈和队列＜也不过如此＞

📖作者介绍：22级树莓人（计算机专业），热爱编程＜目前在c＋＋阶段，因为最近参加新星计划算法赛道(白佬)，所以加快了脚步，果然急迫感会增加动力>——目标Windows，MySQL，Qt，数据结构与算法，Linux，多线程，会持续分享学习成果和小项目的
📖作者主页：king&南星 📖专栏链接：数据结构

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💬总结：希望你看完之后，能对你有所帮助，不足请指正！共同学习交流 🐾

🏅文章目录

• 一、🥇栈

• 1、🥈概念理解
• 2、🥈链表头插头删实现栈

• 1、🥉预备准备
• 2、🥉创建结点函数
• 3、🥉遍历函数
• 4、🥉头插
• 5、🥉头删

• 3、🥈链表尾插尾删实现栈

• 二、🥇队列

• 1、🥈概念理解
• 2、🥈数组头插尾删实现队列

• 1、🥉预备准备
• 2、🥉初始化
• 3、🥉头插函数
• 4、🥉浏览数据
• 5、🥉删除数据

• 3、🥈数组尾插头删实现队列

一、🥇栈

在讲解之前我先和大家说说栈有哪些好玩应用：比方说水桶，还有我们常用的撤销，粘贴板，大家学完这个可以用栈简单的实现一下四则运算😀

1、🥈概念理解

1、定义：栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

2、核心：

栈：先入后出，后入先出 First In Last Out FILO

先存进去的，最后才能拿出来

最后存进去的，一开始就能拿出来

3、图解：

2、🥈链表头插头删实现栈

1、🥉预备准备

先把头文件和函数声明写好

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

#define SIZE sizeof(Node)

//创建新节点
Node* createNode(int newData);
//浏览
void watchData(Node* head);
//头插
void push_front(Node** head, int insertData);
//头删
void pop_front(Node** head);

2、🥉创建结点函数

注意：要判断空间是否申请成功

Node* createNode(int newData)
{
	//1 申请内存
	Node* newNode = (Node*)malloc(SIZE);
	assert(newNode);
	//2 数据赋值
	newNode->data = newData;
	newNode->next = NULL;
	//3 返回
	return newNode;
}

3、🥉遍历函数

void watchData(Node* head)
{
	printf("List:");
	while (head)
	{
		printf("%d ", head->data);
		//切换到下一个节点
		head = head->next;
	}
	printf("\n");
}

4、🥉头插

注意：
1.防止传入的是空结点
2.要传入二级指针，因为要改变头结点

void push_front(Node** head, int insertData)
{
	//1 防呆
	if (NULL == head) return;
	Node* pNode = createNode(insertData);
	//2 新节点的next指针指向原来的第一个结点
	pNode->next = *head;
	//3 新节点成为第一个节点
	*head = pNode;
}

5、🥉头删

要注意释放删除的结点和临时指针最后的指向

void pop_front(Node** head)
{
	if (NULL == head || NULL == *head) return;

	Node* pNode = *head;
	//第二个节点成为头结点
	*head = pNode->next;
	//释放头结点
	free(pNode);
	pNode = NULL;
	return;
}

3、🥈链表尾插尾删实现栈

一样的思路，这里我就不和大家啰嗦了，大家主要要记住栈的特点：先进后出，后进先出就可以了，代码我放下面了，感兴趣的可以看看哦！！！

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

#define SIZE sizeof(Node)

//创建新节点
Node* createNode(int newData);
//浏览
void watchData(Node* head);
//尾插
void push_back(Node** head, int insertData);
//尾删
void pop_back(Node** head);

int main()
{
	Node* List = NULL;  //创建链表
	push_back(&List, 999);
	watchData(List);
	push_back(&List, 888);
	watchData(List);
	pop_back(&List);
	watchData(List);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		push_back(&List, i);
	}
	watchData(List);
	pop_back(&List);
	watchData(List);
	pop_back(&List);
	watchData(List);
	pop_back(&List);
	watchData(List);
	pop_back(&List);
	watchData(List);
	pop_back(&List);
	watchData(List);
	return 0;
}

Node* createNode(int newData)
{
	//1 申请内存
	Node* newNode = (Node*)malloc(SIZE);
	assert(newNode);
	//2 数据赋值
	newNode->data = newData;
	newNode->next = NULL;
	//3 返回
	return newNode;
}

void watchData(Node* head)
{
	printf("List:");
	while (head)
	{
		printf("%d ", head->data);
		//切换到下一个节点
		head = head->next;
	}
	printf("\n");
}

void push_back(Node** head, int insertData)
{
	//1 防呆
	if (NULL == head) return;
	Node* pNode = *head;
	Node* newNode = createNode(insertData);
	if (*head)//*head为真，非空链表
	{
		//找到最后一个
		while (pNode->next) pNode = pNode->next;
		pNode->next = newNode;
	}
	else //空链表
	{
		*head = newNode;
	}
}

void pop_back(Node** head)
{
	if (NULL == head) return;
	
	Node* pNode = *head;
	Node* pLiftNode = *head;
	if ( NULL == pNode->next )      //只有一个节点
	{
		//第二个成为新的头结点
		(*head) = (*head)->next;
		//释放节点
		free(pNode);
		pNode = NULL;
		return;
	}
	//找到最后一个和倒数第二个节点
	while (1)
	{
		pNode = pNode->next;
		if (NULL == pNode->next) break;
		pLiftNode = pNode;
	}
	//倒数第二个节点指向空
	pLiftNode->next = pNode->next;
	free(pNode);
	pLiftNode = pNode = NULL;
}

二、🥇队列

1、🥈概念理解

1、定义：队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头

2、核心：

队列：先入先出，后入后出 First In First Out FIFO

做核酸 排队

食堂打饭 排队

看电影 排队

3、图解：

2、🥈数组头插尾删实现队列

1、🥉预备准备

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
typedef struct student
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
}stu;
int curSize;        //记录当前元素个数
int capacity;       //记录当前容量
stu* pArr;          //指向当前内存段的首地址

//初始化
void initData();
//insertData
void push(stu* inserData);
//浏览数据
void watchData();
//删除数据
void pop(stu* delData);

2、🥉初始化

把当前元素个数和当前容量都赋值为0，把结构体指针爷指向空

//初始化
void initData()
{
	curSize = 0;
	capacity = 0;
	pArr = NULL;
}

3、🥉头插函数

这里用了很多的高端写法(比较刁钻）,大家要看明白函数要熟悉位操作和内存函数的应用
1、右移一位就相当于除以2
2、memcpy内存复制函数，第一个参数是目的地，第二个参数是要复制的地方，第三个参数是大小
3、memmove内存移动函数，第一个参数是目的地，第二个参数是要移动的地方，第三参数是大小
==注意：==如果大家还没有明白，可以参照该🚩文章

void push(stu* inserData)
{
	//需要开内存
	if (capacity <= curSize)
	{
		//计算新开内存
		capacity += (capacity >> 1 > 1) ? (capacity >> 1) : 1;
		stu* pNew = (stu*)malloc(sizeof(stu) * capacity);//新开内存
		assert(pNew);     //防御性编程
		if (pArr)
		{
			memcpy(pNew+1, pArr , sizeof(stu) * curSize);
			//释放原有内存段
			free(pArr);
		}
		//pArr指向新开内存段
		pArr = pNew;
	}
	else
	{
		memmove(pArr + 1, pArr, sizeof(stu) * curSize);
	}
	//inserData放入数组中
#if 0
	memcpy(pArr, inserData, sizeof(stu));//pArr缓冲区溢出
#else	
	strcpy(pArr[0].name, inserData->name);
	pArr[0].age = inserData->age;
	pArr[0].score = inserData->score;
#endif
	//元素个数加一
	curSize++;
}

4、🥉浏览数据

这里写了一点不一样的东西：可以打印出容量和当前数据个数，可以看出空间使用情况🧠

void watchData()
{
	printf("pArr[%d][%d]:\n", curSize, capacity);
	for (int i = 0; i < curSize; i++)
	{
		printf("%s-%d-%.2f\n",
			pArr[i].name, pArr[i].age, (pArr + i)->score);
	}
	printf("\n");
}

5、🥉删除数据

这里是直接申请一个新的数组，直接拷贝过去

void pop(stu* delData)
{
	if (curSize < 1) return;
	if ( 1 == curSize )    //只有一个元素时
	{
		free(pArr);
		initData();
		return;
	}
	else
	{
		//申请新空间
		stu* pNew = (stu*)malloc(sizeof(stu) * (curSize - 1));
		assert(pNew);
		//拷贝，第一个到倒数第二个
		memcpy(pNew, pArr, sizeof(stu) * (curSize - 1));
		free(pArr);										//释放原来的空间
		pArr = pNew;									//pArr指向新数据
		curSize--;
		capacity = curSize;
		return;
	}
}

3、🥈数组尾插头删实现队列

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
typedef struct student
{
	char name[20];
	int age;
	double score;
}stu;
int curSize;        //记录当前元素个数
int capacity;       //记录当前容量
stu* pArr;          //指向当前内存段的首地址

//初始化
void initData();
//insertData
void push(stu* inserData);
//浏览数据
void watchData();
//删除数据
void pop(stu* delData);

int main()
{
	initData();
	stu d[5] =
	{
		{ "关羽", 18, 18.67 },
		{ "张飞", 28, 28.67 },
		{ "赵云", 38, 38.67 },
		{ "马超", 48, 58.67 },
		{ "黄忠", 58, 48.67 }
	};
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		push(d + i);
	}
	watchData();
	pop(d);
	watchData();
	pop(d);
	watchData();
	pop(d);
	watchData();
	pop(d);
	watchData();
	return 0;
}

//初始化
void initData()
{
	curSize = 0;
	capacity = 0;
	pArr = NULL;
}

//insertData
void push(stu* inserData)
{
	//需要开内存
	if (capacity <= curSize)
	{
		//计算新开内存
		capacity += (capacity >> 1 > 1) ? (capacity >> 1) : 1;
		stu* pNew = (stu*)malloc(sizeof(stu) * capacity);//新开内存
		assert(pNew);     //防御性编程
		if (pArr)
		{
			memcpy(pNew, pArr, sizeof(stu) * curSize);
			//释放原有内存段
			free(pArr);
		}
		//pArr指向新开内存段
		pArr = pNew;
	}
	//inserData放入数组中
	memcpy(pArr + curSize, inserData, sizeof(stu));
	//元素个数加一
	curSize++;
}

//浏览数据
void watchData()
{
	printf("pArr[%d][%d]:\n", curSize, capacity);
	for (int i = 0; i < curSize; i++)
	{
		printf("%s-%d-%.2f\n",
			pArr[i].name, pArr[i].age, (pArr + i)->score);
	}
	printf("\n");
}

//删除数据
void pop(stu* delData)
{
	if (curSize < 1) return;
	if (curSize == 1)    //只有一个元素时
	{
		free(pArr);
		initData();
		return;
	}
	else
	{
		//申请新空间
		stu* pNew = (stu*)malloc(sizeof(stu) * (curSize - 1));
		assert(pNew);
		//拷贝，第二个到最后一个
		memcpy(pNew, pArr + 1, sizeof(stu) * (curSize - 1));
		free(pArr);       //释放原来的空间
		pArr = pNew;      //pArr指向新数据
		curSize--;
		capacity = curSize;
		return;
	}
}