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1. 前言
今天我们来学习另外两个线性结构——栈和队列，栈和队列是操作受限的线性表，因此，可称为限定性的数据结构。
2. 栈
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。
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。而且定长的静态栈，实际中一般不实用，所以下面我们主要实现的是支持动态增长的顺序栈。
2.1 结构定义
记录当前栈顶的位置，和当前栈的最大容量。
//静态栈
//#define N 10
//typedef int STDataType;
//typedef struct Stack
//{
// int a[N];
// int top;
//}ST;
//动态栈
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;//栈顶
int capacity;//容量
}ST;
2.2 栈的初始化和销毁
初始化：
void StackInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->a = NULL;
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
销毁：
void StackDestory(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->capacity = 0;
ps->top = 0;
}
2.3 入栈和出栈
入栈时首先要判断栈是否满了，还要注意是不是栈的第一个元素，然后再动态开辟内存。最后把元素存储到当前栈顶的位置，然后栈顶再++。
入栈：
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
if (ps->capacity == ps->top)
{
int newcapacity = (ps->capacity == 0) ? 4 : (2 * (ps->capacity));
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc");
exit(-1);
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
出栈非常简单，但要注意是不是空栈，如果是空栈，则出栈失败，否则栈顶直接–即可。
出栈：
void StackPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
ps->top--;
}
2.4 获取栈顶元素
注意判断是否为空栈
STDataType StackTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
return ps->a[ps->top - 1];
}
2.5 判断栈是否为空
栈顶当前位置为0即为栈空
bool StackEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
2.6 求栈中元素个数
栈顶当前位置就是元素个数
int StackSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
栈的概念和基本操作介绍完毕，下面我们来学习队列。
3. 队列
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) 的原则。
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。
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。所以我们下面主要实现的是链队。
3.1 结构定义
队列的每个结点都有一个数据域和一个指向下一个结点的指针域，并且每个队列都有一个头指针和一个尾指针。
//结点定义
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;
//队列结构
typedef struct Queue
{
QNode* head;
QNode* tail;
}Queue;
3.2 队列的初始化和销毁
把该队列的头指针和尾指针置空。
初始化：
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
}
销毁时每个结点都要释放掉，最后再把头指针和尾指针置空。
销毁：
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
}
3.3 入队和出队
入队时要动态开辟内存，然后要注意判断是不是队列的第一个元素，如果是，头指针和尾指针都指向它，如果不是，只需要改变尾指针即可。
入队：
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc");
exit(-1);
}
newnode->next = NULL;
newnode->data = x;
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = newnode;
pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
}
出队是要注意是不是空队列，如果不是还要判断是不是队列的最后一个元素，如果是，出队之后还要把头尾指针都置空，如果不是，只需要修改头指针即可。
出队：
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
}
else
{
QNode* next = pq->head->next;
free(pq->head);
pq->head = next;
}
}
3.4 取队头队尾元素
这里非常简单，只要注意判断是不是空队列即可。
队头：
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
队尾：
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
3.5 判断队列是否为空
队头或队尾指针为空即队列为空。
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->head == NULL;
}
3.6 求队列中元素个数
遍历队列就能求得元素个数。
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
int size = 0;
while (cur)
{
cur = cur->next;
size++;
}
return size;
}
队列的概念和基本操作也介绍完毕。
4. 结尾
因为我们前面学习了顺序表和链表，所以这里栈和队列的操作实现起来其实相对来说非常简单，主要是要了解栈和队列的特性，在合适的地方用合适的结构，思路才是重中之重。
最后，感谢各位大佬的耐心阅读和支持，觉得本篇文章写的不错的朋友可以三连关注支持一波，如果有什么问题或者本文有错误的地方大家可以私信我，也可以在评论区留言讨论，再次感谢各位。