数据结构入门第三课

堆栈

计算机中的算数表达式：后缀表达式——引入堆栈的概念

运算符号位于两个运算数中间。eg: abc*+de/-。

处理后缀表达式的思想：记住数字，等到扫描到运算符号后进行计算。因此需要一种数据结构，能顺序存储运算数并且倒序输出——引入堆栈（后进先出LIFO）

堆栈的顺序实现

栈的顺序存储结构通常由一个一维数组和一个记录栈顶元素位置的变量组成。

typedef int Position;
struct SNode {
    ElementType *Data; /* 存储元素的数组 */
    Position Top;      /* 栈顶指针 */
    int MaxSize;       /* 堆栈最大容量 */
};
typedef struct SNode *Stack;
Stack CreateStack( int MaxSize )
{
    Stack S = (Stack)malloc(sizeof(struct SNode));
    S->Data = (ElementType *)malloc(MaxSize * sizeof(ElementType));
    S->Top = -1;
    S->MaxSize = MaxSize;
    return S;
}

1. 入栈

bool IsFull( Stack S )
{
    return (S->Top == S->MaxSize-1);
}
 
bool Push( Stack S, ElementType X )
{
    if ( IsFull(S) ) {
        printf("堆栈满");
        return false;
    }
    else {
        S->Data[++(S->Top)] = X;
        return true;
    }
}

2. 出栈

bool IsEmpty( Stack S )
{
    return (S->Top == -1);
}
 
ElementType Pop( Stack S )
{
    if ( IsEmpty(S) ) {
        printf("堆栈空");
        return ERROR; /* ERROR是ElementType的特殊值，标志错误 */
    }
    else 
        return ( S->Data[(S->Top)--] );
}

堆栈的链式实现

栈的链式存储结构实际上就是一个单链表，叫做连栈。插入和删除操作只能在链栈的栈顶进行。栈顶指针top应该在链表的头上。

typedef struct SNode *PtrToSNode;
struct SNode {
    ElementType Data;
    PtrToSNode Next;
};
typedef PtrToSNode Stack;

1. 链栈的初始化

Stack CreateStack( ) 
{ /* 构建一个堆栈的头结点，返回该结点指针，头结点不放东西哦 */
    Stack S;
 
    S = (Stack)malloc(sizeof(struct SNode));
    S->Next = NULL;
    return S;
}
 
bool IsEmpty ( Stack S )
{ /* 判断堆栈S是否为空，若是返回true；否则返回false */
    return ( S->Next == NULL );
}

2. 入栈

bool Push( Stack S, ElementType X )
{ /* 将元素X压入堆栈S */
    PtrToSNode TmpCell;
 
    TmpCell = (PtrToSNode)malloc(sizeof(struct SNode));
    TmpCell->Data = X;
    TmpCell->Next = S->Next;
    S->Next = TmpCell;
    return true;
}

3. 出栈

ElementType Pop( Stack S )  
{ /* 删除并返回堆栈S的栈顶元素 */
    PtrToSNode FirstCell;
    ElementType TopElem;
 
    if( IsEmpty(S) ) {
        printf("堆栈空"); 
        return ERROR;
    }
    else {
        FirstCell = S->Next; 
        TopElem = FirstCell->Data;
        S->Next = FirstCell->Next;
        free(FirstCell);
        return TopElem;
    }
}

后缀表达式续

例子

队列

队列的顺序存储实现

队列的顺序存储结构通常由一个一维数组和一个记录队列头元素位置的变量front以及一个记录队列元素位置的变量rear组成。

typedef int Position;
struct QNode {
    ElementType *Data;     /* 存储元素的数组 */
    Position Front, Rear;  /* 队列的头、尾指针 */
    int MaxSize;           /* 队列最大容量 */
};
typedef struct QNode *Queue;
Queue CreateQueue( int MaxSize )
{
    Queue Q = (Queue)malloc(sizeof(struct QNode));
    Q->Data = (ElementType *)malloc(MaxSize * sizeof(ElementType));
    Q->Front = Q->Rear = 0;
    Q->MaxSize = MaxSize;
    return Q;
}

为了不浪费空间，引入顺环队列：

注意：为了判断这种队列的空满，要么引入size记录元素个数，要么只放n-1个空间。

1. 入队

bool IsFull( Queue Q )
{
    return ((Q->Rear+1)%Q->MaxSize == Q->Front);
}
 
bool AddQ( Queue Q, ElementType X )
{
    if ( IsFull(Q) ) {
        printf("队列满");
        return false;
    }
    else {
        Q->Rear = (Q->Rear+1)%Q->MaxSize;
        Q->Data[Q->Rear] = X;
        return true;
    }
}

2. 出队

bool IsEmpty( Queue Q )
{
    return (Q->Front == Q->Rear);
}
 
ElementType DeleteQ( Queue Q )
{
    if ( IsEmpty(Q) ) { 
        printf("队列空");
        return ERROR;
    }
    else  {
        Q->Front =(Q->Front+1)%Q->MaxSize;
        return  Q->Data[Q->Front];
    }
}

队列的链式存储实现

单向链表头部做插入删除操作都可以，尾部不能做删除操作。因此只能头部做插入尾部做删除。

typedef struct Node *PtrToNode;
struct Node { /* 队列中的结点 */
    ElementType Data;
    PtrToNode Next;
};
typedef PtrToNode Position;
 
struct QNode {
    Position Front, Rear;  /* 队列的头、尾指针 */
    int MaxSize;           /* 队列最大容量 */
};
typedef struct QNode *Queue;

出队操作

bool IsEmpty( Queue Q )
{
    return ( Q->Front == NULL);
}
 
ElementType DeleteQ( Queue Q )
{
    Position FrontCell; 
    ElementType FrontElem;
     
    if  ( IsEmpty(Q) ) {
        printf("队列空");
        return ERROR;
    }
    else {
        FrontCell = Q->Front;
        if ( Q->Front == Q->Rear ) /* 若队列只有一个元素 */
            Q->Front = Q->Rear = NULL; /* 删除后队列置为空 */
        else                     
            Q->Front = Q->Front->Next;
        FrontElem = FrontCell->Data;
 
        free( FrontCell );  /* 释放被删除结点空间  */
        return  FrontElem;
    }
}