栈和队列

栈

栈的概念及结构

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。

出栈就是少一个栈顶元素。

栈的实现

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。

初始化栈

void StackInit(Stack* ps) {
	assert(ps);
	ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
	if (ps->a == NULL) {
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 4;
}

入栈

void StackPush(Stack* ps, STDataType x) {
	assert(ps);
    //判断栈是否满了，如果满了就扩容
	if (ps->top == ps->capacity) {
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL) {
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}

出栈

void StackPop(Stack* ps) {
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	ps->top--;
}

获取栈顶元素

STDataType StackTop(Stack* ps) {
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
}

获取栈中有效元素个数

int StackSize(Stack* ps) {
	assert(ps);

	return ps->top;
}

判断栈是否为空

bool StackEmpty(Stack* ps) {
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}

销毁栈

void StackDestroy(Stack* ps) {
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

括号匹配问题

思路：这题主要思路，就是遇见左括号就入栈，遇见右括号就将栈顶元素，拿出来对比是否匹配，如果不匹配就直接返回false.

typedef char STDatatype;
typedef struct Stack
{
	STDatatype* a;
	int capacity;
	int top;   // 初始为0，表示栈顶位置下一个位置下标
}ST;


bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == -1;
}
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);

	//ps->a = NULL;
	//ps->top = 0;
	//ps->capacity = 0;

	ps->a = (STDatatype*)malloc(sizeof(STDatatype)* 4);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	ps->top = -1;
	ps->capacity = 4;
}

void StackDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = -1;
	ps->capacity = 0;
}

void StackPush(ST* ps, STDatatype x)
{
	assert(ps);

	// 
	if (ps->top+1 == ps->capacity)
	{
		STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDatatype));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}

	ps->top++;
	ps->a[ps->top] = x;
}

// 20:20
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

	ps->top--;
}

STDatatype StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));

	return ps->a[ps->top];
}



int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top+1;
}

bool isValid(char * s){
    ST st;
    StackInit(&st);
    while(*s) {
        if(*s == '[' || *s == '(' || *s == '{') {
            StackPush(&st, *s);
            s ++;
        }else {
            if(StackEmpty(&st)) {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }
            char top = StackTop(&st);
            StackPop(&st);
            if(*s == ']' && top != '[' || *s == '}' && top != '{' || *s == ')' && top != '(') {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }else {
                s ++;
            }
        }
    }
    bool ret = StackEmpty(&st);
    StackDestroy(&st);
    return ret;
}

由于C语言没有栈这个类，所以我们需要自己实现栈，并调用来实现。

队列

队列的概念及结构

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，队列具有先进先出特性。

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对头

队列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率比较低。

初始化队列

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

队尾入队列

void QueuePush(Queue* q, QDataType data) {
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL) {
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = data;
	newnode->pNext = NULL;
	if (q->rear == NULL) {
		q->front = q->rear = newnode;
	}
	else {
		q->rear->pNext = newnode;
		q->rear = newnode;
	}
	q->size++;
}

对头出队列

void QueuePop(Queue* q) {
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	if (q->front->pNext == NULL) {
		free(q->front);
		q->front = q->rear = NULL;
	}
	else {
		QNode* del = q->front;
		q->front = q->front->pNext;
		free(del);
	}
	q->size--;
}

获取队头元素

QDataType QueueFront(Queue* q) {
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	return q->front->data;
}

获取队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* q) {
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));
	return q->rear->data;
}

销毁队列

void QueueDestroy(Queue* q) {
	assert(q);
	QNode* cur = q->front;
	while (cur) {
		QNode* del = cur;
		cur = cur->pNext;
		free(del);
	}
	q->front = q->rear = NULL;
	q->size = 0;
}

判断队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);

	return q->front == NULL && q->rear == NULL;
}