队列的实现以及队列如何实现栈

一、队列的定义

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
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。

二、头文件以及结构设计

因为队列对头节点和尾节点使用多,所以我们用一个结构体封装出其头节点和尾节点的地址,会更加方便我们后续的操作:

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
// 链式结构:表示队列
typedef int  QDataType;
typedef struct QListNode
{struct QListNode* _pNext;QDataType _data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{QNode* _front;QNode* _rear;int size;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 检测队列是否为空,如果为空返回非零结果,如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);

三、.c文件的实现

1、初始化

void QueueInit(Queue* q)
{assert(q);q->_front = NULL;q->_rear = NULL;q->size = 0;
}

2、销毁

注意这个与链表的销毁很想,不能简单的只释放Queue节点,而是要通过循环将每一块申请的空间都释放(充分体现了链表的物理结构不连续)

void QueueDestroy(Queue* q)
{QNode* tmp = q->_front;while (tmp!=NULL){QNode* next = tmp->_pNext;free(tmp);tmp = next;}q->_front = q->_rear = NULL;q->size = 0;
}

 3、插入

void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{assert(q);QNode* tmp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (tmp == NULL){perror("malloc fail");return;}else {tmp->_data = data;tmp->_pNext = NULL;}if (q->_rear == NULL){q->_front = q->_rear = tmp;}else{q->_rear->_pNext = tmp;q->_rear = tmp;}q->size++;
}

4、出列

void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);assert(q->_front);assert(q->size != 0);if (q->_front->_pNext == NULL)//只有一个节点{free(q->_front);q->_front = q->_rear = NULL;}else{QNode* next = q->_front->_pNext;free(q->_front->_pNext);q->_front = next;}q->size--;
}

5、访问头数据

QDataType QueueFront(Queue* q)
{assert(q);assert(q->_front);return q->_front->_data;
}

6、访问尾数据

QDataType QueueBack(Queue* q)
{assert(q);assert(q->_rear);return q->_rear->_data;
}

7、判断是否为空和获取数据个数

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{assert(q);return q->size;
}
// 检测队列是否为空,如果为空返回非零结果,如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* q)
{assert(q);return q->size == 0;
}

四、用队列实现栈

1、分析

我们知道栈是先出后进,而队列是先进先出;

为了操作简单,我们在一个队列中存储数据;当我们需要插入时,我们可以直接插入,将队列的队尾当做栈顶,而当我们要出数据时,我们可以将前n个数据移动到第二个队列中,最后一个在原队列中出(此时最后一个数据为第一个数据,符合先进先出);

有了以上的思路,那么这道题就非常容易解决了:

2、实现

这里要注意力扣上关于这个函数

它返回的是一个栈这个与初始化不一样。不能再函数内部直接创建栈变量,而是malloc申请一块空间后返回该指针(因为局部变量出函数就自动销毁了)

typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate() {MyStack*psk=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&(psk->q1));QueueInit(&(psk->q2));return psk;
}void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{if(!QueueEmpty(&(obj->q1))){QueuePush(&(obj->q1),x);}else{QueuePush(&(obj->q2),x);}
}int myStackPop(MyStack* obj) 
{Queue* tmp=&(obj->q1);//假设p1为空Queue* ntmp=&(obj->q2);//p2不为空if(!QueueEmpty(&(obj->q1))){tmp=&(obj->q2);ntmp=&(obj->q1);//假设p1为空}while(QueueSize(ntmp)>1){QueuePush(tmp,QueueFront(ntmp));QueuePop(ntmp);}int top=QueueFront(ntmp);QueuePop(ntmp);return top;
}int myStackTop(MyStack* obj) 
{if(!QueueEmpty(&(obj->q1))){return QueueBack(&(obj->q1));}else{return QueueBack(&(obj->q2));}
}bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&(obj->q1))&&QueueEmpty(&(obj->q2));
}void myStackFree(MyStack* obj) {QueueDestroy(&obj->q1);QueueDestroy(&obj->q2);free(obj);
}

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