C++数据结构(栈和队列的应用实例)

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1 预备知识

一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。- 程序结束后有系统释放
4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

1.1申请方式

stack: 由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间 heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数 如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new运算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在栈中的。

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2.1 申请后系统的响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

2.2 申请大小的限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

2.3申请效率的比较：

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

2.4 堆和栈中的存储内容

栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

队列简称对，也是一种操作受限的线性表。只允许在表的一端进行插入，而在表达另一端进行删除项。队列中插入元素称为入队或经，对删除元素称为出兑或者一对。这和我们日常生活中的排队是一致的。最早的排队，也是最早的离队，其操作的特性是先进先出固有层，先进先出的线性表

核心代码

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!void transform(const char* exp) { int i = 0; LinkStack*stack = LinkStack_Create(); while (exp[i] != '\0') { if (isNumber(exp[i])) { output(exp[i]); } else if (isOperator(exp[i])) { while (priority(exp[i]) < priority((char)(int)LinkStack_Top(stack))); { output((char)(int)LinkStack_Top(stack)); } LinkStack_Push(stack, (void*)(int)exp[i]); } else if (isLeft(exp[i])) { LinkStack_Push(stack, (void*)(int)exp[i]); } else if (isRight(exp[i])) { while( !isLeft((char)(int)LinkStack_Top(stack))); { output((char)(int)LinkStack_Top(stack)); } LinkStack_Pop(stack); } else { printf("Invalid expression"); break; } i++; } } int main() { transform("8+(3-1)*5"); printf("\n"); system("pause"); return; }

#include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include"seueue.h" //对列也是一种特殊的线性表 //对列的业务结点的数据结构 typedef struct _tag_LinkQueueNode { LinkQueueNode node; void *item; }LinkQueueNode; //创建队列 相当于 创建线性表 LinkQueue* LinkQueue_Create() { return LinkQueue_Create(); } //销毁对列 相当于销毁线性表 //结点的内存管理 void LinkList_Destory(LinkQueue* queue) { LinkList_Clear(queue); LinkList_Destory(queue); return; } //如果清空队列 需要显示的把队列中的所有结点 搞出来 //释放每一个结点 void LinkList_Clear(LinkQueue* queue) { while (LinkQueue_Length(queue) > 0) { LinkQueue_Retrieve(queue); } LinkList_Clear(queue); return; } int LinkQueue_Append(LinkQueue*queue, void* item) { int ret = 0; TLinkQueueNode *tmp = NULL; tmp = (TLinkQueueNode *)malloc(sizeof(TLinkQueueNode)); if (tmp == NULL) { ret = -1; printf("func LinkQueue_Append() malloc err:%d", ret); return ret; } memset(tmp, 0, sizeof(TLinkQueueNode)); tmp->item = item; //需要把栈的item(栈的业务结点)转换成LinkQueueNode ret = LinkList_Insert(queue, (LinkQueueNode *)tmp, LinkList_Length(queue)); if (ret != 0) { printf("func LinkList_Insert() err:%d\n", ret); if (tmp != NULL)free(tmp); return ret; } return ret; } void* LinkQueue_Retrieve(LinkQueue_queue) { int ret = 0; TLinkQueueNode *tmp = NULL; void *ret = NULL; tmp = (TLinkQueueNode*)LinkList_Delete(queue, 0); if (tmp == NULL) { return NULL; } //删除之前缓存 ret = tmp->item; if (tmp != NULL) { free(tmp); } return ret; } void* TLinkQueue_Header(TLinkQueue* queue) { TLinkQueueNode *tmp = NULL; void *ret = NULL; tmp = LinkList_Get(queue, 0); if (tmp == NULL) { printf("func LinkList_Get() err\n"); return NULL; } return tmp->item; } int LinkQueue_Length(LinkQueue* queue) { return LinkList_Length(queue); } void main() { int i = 0; int a[10]; SeqQueue*queue = NULL; queue = SeqQueue_Create(10); if (queue == NULL) { return; } for (i = 0; i < 5; i++) { a[i] = i + 1; SeqQueue_Append(queue, &a[i]); } //打印对列的属性 printf("len:%d\n", SeqQueue_Length(queue)); printf("header:%d\n", *((int*)SeqQueue_Header(queue))); printf("capacity:%d\n", *((int*)SeqQueue_Capacity(queue))); //出队列 while (SeqQueue_Length(queue) > 0) { int tmp = *((int*))SeqQueue_Retrieve(queue)); printf("tmp:%d", tmp); } SeqQueue_Destory(queue); printf("hello....\n"); system("pause"); return; } 

小结:

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

中缀表达式是人习惯的表达方式，后缀表达式是计算机喜欢的表达方式，通过任何以方便将中缀形式转换为后缀形式，中缀表达式的计算过程，类似程序编译运行的过程.

在栈的应用其实有很多的实例,我们需要做的不是记住这些例子,而是掌握栈的特性.先进后出,对于一些字符串消除或者是配对,以及关于功能性的遍历都可以使用