1 栈

1.1 栈的基本概念

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。表尾被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。

1.1.1 特点

它的特殊之处在于限制了这个线性表的插入和删除的位置，它始终只在栈顶进行。这也就使得：栈底是固定的，最先进栈的只能在栈底。

1.2 栈的常用操作

创建栈
销毁栈
清空栈
进栈
出栈
获取栈顶元素
获取栈的大小

1.2.1 栈的抽象数据类型

ADT 栈（stack）

Data

	通线性表。元素具有相同的类型，相邻的元素具有前驱和后继关系。

Operation

	// 初始化，建立一个空栈S

	InitStack(*S);

	// 若栈存在，则销毁它

	DestroyStack(*S);

	// 将栈清空

	ClearStack(*S);

	// 若栈为空则返回true，否则返回false

	StackEmpty(S);

	// 若栈存在且非空，用e返回S的栈顶元素

	GetTop(S，*e);

	// 若栈S存在，插入新元素e到栈S中并成为其栈顶元素

	Push(*S，e);

	// 删除栈S中的栈顶元素，并用e返回其值

	Pop（*S, *e）;

	// 返回栈S的元素个数

	StackLength(S);

endADT

1.3 栈的顺序存储

1.3.1 基本概念

基本概念：

栈的顺序存储结构简称顺序栈，它是运算受限制的顺序表。顺序栈的存储结构是：利用一组地址连续的的存储单元依次存放自栈底到栈顶的数据元素，同时附设指针top只是栈顶元素在顺序表中的位置。

栈是先进后出的线性表。

1.3.2 设计与实现

因为栈是一种特殊的线性表，所以栈的顺序存储可以通过顺序线性表来实现。

示例代码：

SqStack.h

#ifndef _SQSTACK_H

#define _SQSTACK_H

#define MAXSIZE 50

typedef int EnumType;

typedef struct _SQSTACK

{

	int top;	// 栈顶指针

	EnumType data[MAXSIZE];

}SqStack;

// 初始化，建立一个空栈S

void InitStack(SqStack *S);

// 将栈清空

void ClearStack(SqStack *S);

// 若栈为空则返回true，否则返回false

int StackEmpty(SqStack S);

// 若栈存在且非空，用e返回S的栈顶元素

void GetTop(SqStack S, EnumType *e);

// 若栈S存在，插入新元素e到栈S中并成为其栈顶元素

void Push(SqStack *S, EnumType e);

// 删除栈S中的栈顶元素，并用e返回其值

void Pop(SqStack *S, EnumType *e);

// 返回栈S的元素个数

int StackLength(SqStack S);

#endif // _SQSTACK_H

SqStack.c

#include "SqStack.h"

#include <string.h>

void InitStack(SqStack *S)

{

	// 空栈

	S->top = -1;

	memset(S->data, 0, sizeof(S->data));

}

void ClearStack(SqStack *S)

{

	S->top = -1;

}

int StackEmpty(SqStack S)

{

	if (S.top == -1)

	{

		return 1;

	}

	return 0;

}

void GetTop(SqStack S, EnumType *e)

{

	// 栈为空

	if (S.top == -1 && S.data[S.top]!= 0)

	{

		return;

	}

	*e = S.data[S.top];

}

void Push(SqStack *S, EnumType e)

{

	// 栈已经满了

	if (S->top == MAXSIZE - 1)

	{

		return;

	}

	// 栈顶上移

	S->top++;

	// 赋值

	S->data[S->top] = e;

}

void Pop(SqStack *S, EnumType *e)

{

	// 栈为空

	if (S->top == -1 && S->data[S->top]!= 0)

	{

		return;

	}

	// 赋值

	*e = S->data[S->top];

	// 栈顶指针下移

	S->top--;

}

int StackLength(SqStack S)

{

	return S.top + 1;

}

main.c

#include "SqStack.h"

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void main()

{

	// 定义栈变量

	SqStack st;

	int i = -1;

	// 初始化栈

	InitStack(&st);

	// 压栈

	for (i = 0; i < 10; ++i)

	{

		Push(&st,i+1);

	}

	printf("stack size = %d\n", StackLength(st));

	// 出栈

	while (StackEmpty(st) != 1)

	{

		int temp;

		// 取栈顶元素

		GetTop(st, &temp);

		printf("Get stacktop elem is: %d\n", temp);

		// 删除栈顶元素

		Pop(&st, &temp);

		printf("Delete stacktop elem is: %d\n", temp);

	}

	system("pause");

}

运行结果：

1.4 栈的链序存储

1.4.1 基本概念

栈的链式存储结构简称链栈。

1.4.2 设计与实现

链栈是一种特殊的线性表，链栈可以通过链式线性表来实现。

示例代码：

LinkStack.h

#ifndef _LINKSTACK_H

#define _LINKSTACK_H

// 定义小链表节点

typedef struct NODE

{

	struct NODE* next;

}Node;

// 链表结构体

typedef struct

{

	// 栈顶指针

	Node *top;

	// 长度

	int length;

}LinkStack;

// 初始化，建立一个空栈S

void InitStack(LinkStack *S);

// 将栈清空

void ClearStack(LinkStack *S);

// 若栈为空则返回true，否则返回false

int StackEmpty(LinkStack S);

// 若栈存在且非空，用e返回S的栈顶元素

void GetTop(LinkStack S, Node **e);

// 若栈S存在，插入新元素e到栈S中并成为其栈顶元素

void Push(LinkStack *S, Node *e);

// 删除栈S中的栈顶元素，并用e返回其值

void Pop(LinkStack *S, Node **e);

// 返回栈S的元素个数

int StackLength(LinkStack S);

#endif	// _LINKSTACK_H

LinkStack.c

#include "LinkStack.h"

#include <stdio.h>

void InitStack(LinkStack *S)

{

	S->length = 0;

	S->top = NULL;

}

void ClearStack(LinkStack *S)

{

	while (S->length)

	{

		Node* p;

		Pop(S, &p);

	}

}

int StackEmpty(LinkStack S)

{

	if (S.length == 0)

	{

		return 1;

	}

	return 0;

}

void GetTop(LinkStack S, Node **e)

{

	// 空栈

	if (S.length == 0 || S.top == NULL)

	{

		return;

	}

	*e = S.top;

}

// 栈顶是链表头部

void Push(LinkStack *S, Node *e)

{

	// 节点e插入到链表的头部

	e->next = S->top;

	// top指针指向第一个节点

	S->top = e;

	// 长度+1

	S->length++;

}

void Pop(LinkStack *S, Node **e)

{

	// 删除第一个节点

	Node* pDel = S->top;

	// 空栈

	if (S->length == 0)

	{

		return;

	}

	// 赋值

	*e = pDel;

	// 栈顶指针后移

	S->top = pDel->next;

	// 长度减1

	S->length--;

}

int StackLength(LinkStack S)

{

	return S.length;

}

main.c

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include "LinkStack.h"

// 业务节点

typedef struct stu

{

	// 包含链表节点

	Node node;

	int id;

	int age;

}Student;

void main()

{

	Student stu[10];

	// 链表结构变量

	LinkStack st;

	int i = -1;

	// 初始化栈

	InitStack(&st);

	// 初始化数组

	for (i = 0; i < sizeof(stu) / sizeof(Student); ++i)

	{

		stu[i].id = i;

		stu[i].age = i + 20;

		// 数据添加链表中

		Push(&st, &stu[i].node);

		printf("stack size = %d\n", StackLength(st));

		while (StackEmpty(st) != 1)

		{

			Node* p = NULL;

			Student* pp = NULL;

			// 获取栈顶元素

			GetTop(st, &p);

			pp = (Student*)p;

			printf("elem id = %d, age=%d\n", pp->id, pp->age);

			// 删除

			Pop(&st, &p);

			pp = (Student*)p;

			printf("Delete elem id = %d, age=%d\n", pp->id, pp->age);

		}

	}

	system("pause");

}

运行结果：

2 队列

2.1 基本概念

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。

2.1.1 特点

队列是先进先出的线性表。

在队尾添加元素，在队头删除元素。

判断队列是空队列还是已满呢？

栈空：队首标志 = 队尾标志时，表示栈空。
栈满 : 队尾 + 1 = 队首时，表示栈满。

2.2 队列的常用操作

创建队列
销毁队列
清空队列
进队列
出队列
获取队头元素
获取队列的长度

2.2.1 队列的抽象数据类型

ADT 队列（Queue）

Data

	通线性表。元素具有相同的类型，相邻元素具有前驱后继关系。

Operation

	// 初始化操作，建立一个空队列Q

	InitQueue（*Q）；

	// 若队列Q存储，则销毁它。

	DestroyQueue(*Q);

	// 将队列Q清空

	ClearQueue(*Q);

	// 若队列为空则返回true，否则返回false

	QueueEmpty(Q);

	// 若队列Q存在且非空，用e返回队列Q的队头元素

	GetHead(Q, *e);

	// 若队列Q存在，插入新元素e到队列Q中并成为队尾元素。

	EnQueue(*Q, e);

	// 删除队列Q中的队头元素，并用e返回其值

	DeQueue(*Q, *e);

	// 返回队列Q的元素个数

	QueueLength(Q);

endADT

2.3 队列顺序模型和链表模型关系分析

2.4 队列的顺序存储

2.4.1 基本概念

队列也是一种特殊的线性表；可以用线性表顺序存储来模拟队列。

2.4.2 设计与实现

示例代码：

SqQueue.h

#ifndef _SQQUEUE_H

#define _SQQUEUE_H

#define MAXSIZE 50

typedef int EnumType;

typedef struct _SQQUEUE

{

	// 尾节点指针

	int rear;

	// 头结点指针

	int front;

	EnumType data[MAXSIZE];

}SqQueue;

// 初始化操作，建立一个空队列Q

void InitQueue(SqQueue *Q);

// 将队列Q清空

void ClearQueue(SqQueue *Q);

// 若队列为空则返回true，否则返回false

int QueueEmpty(SqQueue Q);

// 若队列Q存在且非空，用e返回队列Q的队头元素

void GetHead(SqQueue Q, EnumType* e);

// 若队列Q存在，插入新元素e到队列Q中并成为队尾元素。

void EnQueue(SqQueue *Q, EnumType e);

// 删除队列Q中的队头元素，并用e返回其值

void DeQueue(SqQueue *Q, EnumType* e);

// 返回队列Q的元素个数

int QueueLength(SqQueue Q);

#endif	//_SQQUEUE_H

SqQueue.c

#include "SqQueue.h"

#include <string.h>

void InitQueue(SqQueue *Q)

{

	Q->rear = Q->front = 0;

	memset(Q->data, 0, sizeof(Q->data));

}

void ClearQueue(SqQueue *Q)

{

	Q->rear =  Q->front = 0;

	memset(Q->data, 0, sizeof(Q->data));

}

int QueueEmpty(SqQueue Q)

{

	if (Q.rear == Q.front)

	{

		return 1;

	}

	return 0;

}

// 返回队首元素的值，但不删除该元素

void GetHead(SqQueue Q, EnumType* e)

{

	// 队列为空

	if (Q.rear == Q.front)

	{

		return;

	}

	*e = Q.data[Q.front];

}

// 在队尾压入新元素

void EnQueue(SqQueue *Q, EnumType e)

{

	// 队列已经满了

	if (Q->rear -1 == MAXSIZE)

	{

		return;

	}

	else

	{

		// 赋值

		Q->data[Q->rear] = e;

		// 队尾上移

		Q->rear++;

	}

}

// 删除队列首元素

void DeQueue(SqQueue *Q, EnumType* e)

{

	// 队列为空

	if (Q->rear == Q->front)

	{

		return;

	}

	// 赋值

	*e = Q->data[Q->front];

	// front指针上移

	Q->front++;

}

int QueueLength(SqQueue Q)

{

	return Q.rear;

}

main.c

#include "SqQueue.h"

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void main()

{

	// 队列变量

	SqQueue q;

	int i = -1;

	// 初始化队列

	InitQueue(&q);

	// 入队列

	for (i = 0; i < 5; ++i)

	{

		EnQueue(&q, i+1);

	}

	printf("Queue size = %d\n", QueueLength(q));

	// 删除全部节点

	while (QueueEmpty(q) != 1)

	{

		int temp;

		// 取栈顶元素

		GetHead(q, &temp);

		printf("Queue head value = %d\n",temp);

		// 删除栈顶元素

		DeQueue(&q, &temp);

		printf("Delete stacktop elem is: %d\n", temp);

	}

	system("pause");

}

运行结果：

2.5 队列的链序存储设计与实现

2.5.1 基本概念

队列也是一种特殊的线性表；可以用线性表链式存储来模拟队列的链式存储。

2.5.2 设计与实现

示例代码：

LinkQueue.h

#ifndef _LINKQUEUE_H

#define _LINKQUEUE_H

typedef struct _NODE

{

	struct _NODE* next;

}Node;

typedef struct

{

	// 长度

	int length;

	// 尾节点指针

	Node *rear;

	// 头结点指针

	Node *front;

}LinkQueue;

// 初始化操作，建立一个空队列Q

void InitQueue(LinkQueue *Q);

// 将队列Q清空

void ClearQueue(LinkQueue *Q);

// 若队列为空则返回true，否则返回false

int QueueEmpty(LinkQueue Q);

// 若队列Q存在且非空，用e返回队列Q的队头元素

void GetHead(LinkQueue Q, Node** e);

// 若队列Q存在，插入新元素e到队列Q中并成为队尾元素。

void EnQueue(LinkQueue *Q, Node* e);

// 删除队列Q中的队头元素，并用e返回其值

void DeQueue(LinkQueue *Q, Node** e);

// 返回队列Q的元素个数

int QueueLength(LinkQueue Q);

#endif	//_LINKQUEUE_H

LinkQueue.c

#include "LinkQueue.h"

#include <stdio.h>

void InitQueue(LinkQueue *Q)

{

	Q->length = 0;

	Q->rear = NULL;

	Q->front = NULL;

}

void ClearQueue(LinkQueue *Q)

{

	while (Q->length)

	{

		Node* p;

		DeQueue(Q, &p);

	}

}

int QueueEmpty(LinkQueue Q)

{

	if (Q.length == 0)

	{

		return 1;

	}

	return 0;

}

// 链表的头部为队头, 尾部为队尾

void GetHead(LinkQueue Q, Node** e)

{

	// 错误处理

	if (Q.length == 0)

	{

		return;

	}

	*e = Q.front;

}

void EnQueue(LinkQueue *Q, Node* e)

{

	if (Q->length == 0)

	{

		// 空链表

		Q->rear = Q->front = e;

	}

	else

	{

		// 新节点放到队尾

		Q->rear->next = e;

		// rear指向最后一个节点

		Q->rear = e;

	}

	// 长度

	Q->length++;

}

void DeQueue(LinkQueue *Q, Node** e)

{

	if (Q->length == 0)

	{

		// 空链表

		return;

	}

	// 赋值

	*e = Q->front;

	// front指针后移

	Q->front = Q->front->next;

	// 长度

	Q->length--;

	if (Q->length == 0)

	{

		// 删除最后一个节点的时候, 尾指针需要指向NULL

		Q->rear = NULL;

	}

}

int QueueLength(LinkQueue Q)

{

	return Q.length;

}

main.c

#include "LinkQueue.h"

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void main()

{

	// 业务节点

	typedef struct _tag_value

	{

		// 包含一个链表节点

		Node node;

		// 数据

		int v;

	}Value;

	Value val[5];

	// 队列变量

	LinkQueue q;

	int i = -1;

	// init

	InitQueue(&q);

	for (i = 0; i < 5; ++i)

	{

		val[i].v = i + 20;

		// 入队列

		EnQueue(&q, &val[i].node);

	}

	printf("Queue size = %d\n", QueueLength(q));

	// 删除全部节点

	while (QueueEmpty(q) != 1)

	{

		// 取出队头元素

		Node* p;

		Value* pp;

		GetHead(q, &p);

		pp = (Value*)p;

		printf("Queue head value = %d\n", pp->v);

		// 出队列

		DeQueue(&q, &p);

		pp = (Value*)p;

		printf("Delete Queue head value = %d\n", pp->v);

	}

	system("pause");

}

运行结果：

巴特西

C++ 数据结构 2：栈和队列

1 栈

1.1 栈的基本概念

1.1.1 特点

1.2 栈的常用操作

1.2.1 栈的抽象数据类型

1.3 栈的顺序存储

1.3.1 基本概念

1.3.2 设计与实现

1.4 栈的链序存储

1.4.1 基本概念

1.4.2 设计与实现

2 队列

2.1 基本概念

2.1.1 特点

2.2 队列的常用操作

2.2.1 队列的抽象数据类型

2.3 队列顺序模型和链表模型关系分析

2.4 队列的顺序存储

2.4.1 基本概念

2.4.2 设计与实现

2.5 队列的链序存储设计与实现

2.5.1 基本概念

2.5.2 设计与实现

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