"这篇文档介绍了C语言中关于数据结构中栈和队列的概念以及它们的链式实现。主要内容包括链式队列类的定义、栈的抽象数据类型以及顺序栈的实现。"
在计算机科学中,栈和队列是两种基本的线性数据结构,它们在处理数据的存储和访问时有着特定的规则。栈遵循“后进先出”(LIFO)原则,而队列则遵循“先进先出”(FIFO)原则。
**栈**:
栈是一种限制在一端进行插入和删除操作的数据结构,这一端被称为栈顶,而另一端则是栈底。栈通常用于临时存储和检索数据,例如在函数调用时的递归、内存管理中的堆栈分配等。栈的主要操作包括:
1. **Push**: 将一个元素插入到栈顶。
2. **Pop**: 从栈顶移除并返回元素。
3. **GetTop**: 查看但不移除栈顶元素。
4. **MakeEmpty**: 清空栈。
5. **IsEmpty**: 检查栈是否为空。
6. **IsFull**: 检查栈是否已满(对于有固定大小的栈而言)。
**栈的表示与实现**:
栈可以使用两种方式来实现:顺序栈和链式栈。在C语言中,通常使用动态数组来实现顺序栈。顺序栈中,栈顶指针`top`指示当前栈顶元素的下标。当栈为空时,`top`为-1;当栈满时,`top`等于数组的最大索引减1。顺序栈的插入和删除操作时间复杂度为O(1),但在栈满时扩展数组可能会带来额外的时间开销。
**链式队列**:
链式队列类的定义展示了如何使用模板类来创建一个队列。`QueueNode`类是队列结点的定义,包含数据成员`data`和指针成员`link`,用于链接队列中的下一个节点。`Queue`类是链式队列的实现,它使用了友元函数来访问私有成员,确保正确操作队列。
链式队列的优势在于动态扩展和收缩的能力,不需要预先确定固定大小。插入和删除操作主要涉及修改指针,所以其时间复杂度也为O(1)。然而,与顺序栈相比,链式结构需要额外的指针存储空间。
**顺序栈的C语言实现**:
在给出的代码片段中,`Stack`类使用了模板类,并且包含了一些基本操作的函数声明。`Stack`类内部包含了栈顶指针`top`,一个动态分配的元素数组`elements`,以及栈的最大容量`maxSize`。构造函数初始化这些成员,`Push`函数将元素添加到栈顶,`Pop`函数移除并返回栈顶元素,`GetTop`函数查看栈顶元素,`MakeEmpty`清空栈,`IsEmpty`检查栈是否为空,`IsFull`检查栈是否已满。
总结来说,这个文档提供了关于C语言中栈和队列的理论知识以及具体实现,特别关注了链式队列类的定义和顺序栈的C语言实现,这对于理解数据结构的基础知识和编程实现至关重要。