栈与队列:C语言中的线性结构
发布时间: 2024-03-02 09:55:15 阅读量: 15 订阅数: 16 ![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/col_vip.0fdee7e1.png)
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# 1. 线性结构概述
在计算机科学中,数据结构是指数据的组织、管理和存储方式,而线性结构是最基本的数据结构之一。本章将介绍线性结构的概念、分类以及在C语言中的应用。
## 1.1 理解线性结构
线性结构是一种数据元素之间存在一对一的关系,其中数据元素之间仅存在一个前驱和一个后继关系。可以形象地将线性结构看作是一条直线,数据元素依次排列。
## 1.2 线性结构的分类
在数据结构中,线性结构可以分为两种基本形式:线性表和线性空间。线性表包括顺序表和链表,而线性空间又可以分为栈和队列等等。
## 1.3 线性结构在C语言中的应用
C语言是一种广泛应用于系统编程和应用软件开发的高级编程语言。在C语言中,线性结构如数组、结构体等被广泛应用于数据的存储和处理,为程序的设计和实现提供了便利。后续章节将重点介绍栈和队列这两种线性结构在C语言中的应用和实现。
# 2. 栈的概念与实现
栈(Stack)是一种先进后出(LIFO, Last In First Out)的线性数据结构,它的基本操作包括压栈(入栈)和出栈。栈可以用数组或链表实现,是计算机科学中非常重要的数据结构之一。
#### 2.1 栈的基本概念
栈具有以下基本特点:
- 只能在栈顶进行操作,即压栈和出栈
- 后进入栈的元素(最新压入栈的)最先被移除
#### 2.2 栈的特点与应用场景
栈在计算机领域有着广泛的应用场景,比如:
- 函数调用:函数调用时会将当前函数的上下文信息压入栈,函数返回时再从栈中弹出上下文,继续执行调用该函数的上下文
- 括号匹配:利用栈来判断括号是否匹配,是编译器中语法分析的基础
- 表达式求值:逆波兰表达式、中缀表达式转后缀表达式等数学表达式的求值
- 浏览器的前进后退功能:使用两个栈来实现前进和后退的历史记录
#### 2.3 用C语言实现栈的基本操作
下面是用C语言实现栈的基本操作的示例代码:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_SIZE 100
typedef struct {
int items[MAX_SIZE];
int top;
} Stack;
void initialize(Stack *stack) {
stack->top = -1;
}
int isEmpty(Stack *stack) {
return (stack->top == -1);
}
int isFull(Stack *stack) {
return (stack->top == MAX_SIZE - 1);
}
void push(Stack *stack, int value) {
if (isFull(stack)) {
printf("Stack overflow\n");
return;
}
stack->items[++(stack->top)] = value;
}
int pop(Stack *stack) {
if (isEmpty(stack)) {
printf("Stack underflow\n");
exit(1);
}
return stack->items[(stack->top)--];
}
int peek(Stack *stack) {
if (isEmpty(stack)) {
printf("Stack is empty\n");
exit(1);
}
return stack->items[stack->top];
}
int main() {
Stack stack;
initialize(&stack);
push(&stack, 1);
push(&stack, 2);
push(&stack, 3);
printf("Popped %d from stack\n", pop(&stack));
return 0;
}
```
**代码说明:**
- 使用结构体和数组实现了栈
- 包含了初始化、判空、判满、压栈、出栈、获取栈顶元素等基本操作的实现
- 在主函数中做了简单的压栈和出栈操作,输出了出栈的元素
以上是栈的基本概念及C语言实现的基本操作,接下来我们将介绍栈的应用场景。
# 3. 栈的应用
#### 3.1 栈在表达式求值中的应用
在计算机科学中,栈结构经常被用于表达式求值。通过使用栈,可以实现对中缀表达式的转换和求值操作。以下是一个简单的示例,展示了用栈求解中缀表达式的过程。
```java
import java.util.Stack;
public class InfixExpressionEvaluation {
public static int evaluateInfixExpression(String expression) {
Stack<Integer> operands = new Stack<>();
Stack<Character> operators = new Stack<>();
for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
char current = expression.charAt(i);
if (Character.isDigit(current)) {
StringBuilder operand = new StringBuilder();
while (i < expression.length() && Character.isDigit(expression.charAt(i))) {
operand.append(expression.charAt(i));
i++;
}
operands.push(Integer.parseInt(operand.toString()));
i--;
} else if (current == '(') {
operators.push(current);
} else if (current == ')') {
while (!operators.isEmpty() && operators.pee
```
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