功能受限的表結構
一、棧和佇列介紹
- 棧和佇列是兩種重要的線性結構，從資料結構角度，他們都是線性表，特殊點在於它們的操作被限制，也就是所謂的功能受限，統稱功能受限的線性表
- 從資料型別角度，它們也可以是看成處理、管理資料的一種規則
二、棧結構
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棧（stack）是限定在表尾進行資料的插入、刪除等操作的線性表(只允許操作一個埠的資料)
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表尾稱為棧頂，表頭稱為棧底 ，當沒有元素的空表稱為空棧，當元素的數量到達棧的容量時稱為滿棧 ，新增資料到棧頂中的動作稱為入棧、壓棧，把資料從棧頂中拿出的動作稱為出棧、彈棧，正因為這個資料的新增、刪除的規則，所以棧中元素滿足先進後出，簡稱FILO表、LIFO
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棧結構可以具備的功能
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建立
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銷燬
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是否滿棧
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是否空棧
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入棧
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出棧
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檢視棧頂元素
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檢視元素數量
注意：只有順序棧才有需要判斷棧是否滿
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1、棧結構的順序實現
// 設計順序棧結構
typedef struct ArrayStack {
TYPE* ptr; // 儲存棧元素的記憶體首地址
size_t cap; // 棧的容量
size_t top; // 棧頂的位置
} ArrayStack;
程式碼實現
2、棧結構的鏈式實現
#define TYPE int
typedef struct ListNode {
TYPE data;
struct ListNode* next;
} ListNode;
// 鏈式棧結構
typedef struct ListStack {
ListNode* top; // 棧頂指標 指向棧頂節點
size_t size; // 節點數量
} ListStack;
程式碼實現
3、棧的應用
- 記憶體管理，例如棧記憶體，之所以叫棧記憶體因為它遵循棧的先進後出原則，函式呼叫、函式引數的傳參、定義，先把資料入棧，等結束時，逆序出棧，函式的呼叫、結束跳轉也是遵循棧結構原則
- 特殊的演算法：算術表示式的轉換(中綴表示式轉字尾表達) 、進位制轉換、迷宮演算法
三、佇列結構
1、佇列介紹
- 與棧結構相似的是，也只允許在埠處進行新增、刪除操作，但是有兩個埠，一個負責新增資料，稱為入隊 ，該埠稱為隊尾，另一個埠只負責刪除資料，稱為出隊，該埠稱為隊頭，屬於一種先進先出結構，稱為FIFO
2、佇列所具備的功能
- 建立佇列
- 銷燬佇列
- 判斷隊空
- 判斷隊滿 （只有順序儲存時才有）
- 入隊
- 出隊
- 檢視隊頭元素
- 檢視隊尾元素
- 佇列元素數量
3、佇列的鏈式實現
#define TYPE int
typedef struct ListNode {
TYPE data;
struct ListNode* next;
} ListNode;
// 設計鏈式佇列結構
typedef struct ListQueue {
ListNode* front; // 隊頭
ListNode* rear; // 隊尾
size_t size; // 節點數量
} ListQueue;
程式碼實現
4、佇列的順序實現
- 順序佇列的隊尾下標rear會隨著入隊而增大rear+1，隊頭下標front會隨著出隊增大front+1，因為是順序結構，就有隨著入隊和出隊的進行，可能超出有效的下標範圍，如果不進行處理，那麼佇列無法重複使用。
- 為了避免這種情況，當隊尾、隊頭下標達到儲存空間的末尾時，要想辦法讓它們回到記憶體的開頭位置，相當於把記憶體想象成一個環形，從而可以迴圈使用佇列，這樣的佇列稱為迴圈佇列
- 因此當隊尾、隊頭下標增加時，都要對佇列的容量求餘
- rear = (rear+1)%cap
- front = (front+1)%cap
帶計數器版本的迴圈佇列
- 很直接地解決了元素數量的問題
- 可以直接解決隊空、隊滿的判斷矛盾問題
- 但是在佇列結構中會多增加一個資料項，並且每次入隊、出隊操作都要對其進行修改
typedef struct ArrayQueue {
TYPE* ptr; // 儲存元素的記憶體首地址
size_t cap; // 容量
size_t cnt; // 元素個數 計數器
int front; // 隊頭下標
int rear; // 隊尾下標
} ArrayQueue;
程式碼實現
不帶計數器的版本
程式碼實現