数据结构实验报告3————栈和队列及其应用

实验内容

（1）栈的定义、基本操作的实现，以及典型应用

①编程实现顺序栈/链栈的基本操作（如：栈的初始化、判断栈空、求栈的长度、取栈顶、入栈、出栈等），并设计菜单调用。（必做）

②利用栈结构，实现将任意的十进制整数N转成r（2≤r≤16）进制并输出。（选做）

③利用栈结构，对键盘输入任意字符串，判断其中的括号是否匹配。（选做）

④编写算法对键盘输入的整数序列a1 a2 …an进行如下操作：当ai≠-1时，将ai进栈；当ai=-1时，输出栈顶整数并出栈(1≤i≤n)。(习题2.3，P85)（选做）

⑤编程实现汉诺塔问题的递归求解，并分析hanio(3,'A','B','C')的执行过程，以及结果分析。（选做）

注：选做题②~⑤中，至少选做1题。

（2）队列的定义、基本操作的实现

编程实现循环队列/链队列的基本操作（如：初始化空队列、判断队空、求队列的长度、取队首、入队列、出队列等），并设计菜单调用。（必做）

1. 栈的定义、基本操作的实现，以及典型应用

（1）编程实现顺序栈的基本操作

核心代码：

①comdef.h

#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -1
typedef int Status;

②spstackdef.H

#define MAXSIZE 100
typedef int SElemType;
typedef struct{
   SElemType *base;//栈底指针
   SElemType *top;//栈顶指针
   int stacksize;//栈可用的最大容量
}SqStack;

③spstackapp.H

//栈的初始化
Status InitStack(SqStack &S)
{
   //构造一个空栈
   S.base=new SElemType[MAXSIZE];//为顺序栈动态分配一个最大容量为MAXSIZE的数组空间
   if(!S.base)//存储分配失败
   exit (OVERFLOW);
   S.top=S.base;//top初始为base,空栈
   S.stacksize=MAXSIZE;
   return OK;
}
//判断栈空
Status StackElemType(SqStack S)
{
   return (S.base==S.top);
}
//求栈的长度
int StackLength(SqStack S)
{
   return S.top-S.base;

}
//取栈顶
SElemType GetTop(SqStack S)
{
   if(S.top!=S.base)
   return *(S.top-1);
}
//出栈
Status Pop(SqStack &S,SElemType &e)
{
   //删除栈顶元素，用e返回其值
   if(S.top==S.base)
   return ERROR;
   else
   {
       e=*--S.top;
       return OK;
   }
}
//入栈
Status Push(SqStack &S,SElemType e)
{
   if(S.top-S.base>=S.stacksize)//栈满
   return ERROR;
   else
   {
       *S.top++=e; //元素e压入栈顶，栈顶指针加一
       return OK;
   }
}
//输出栈
void StackTraverse(SqStack S)
{
   SElemType *p=S.top-1;
   while(p>=S.base)
   {
       cout<<"\n "<<*p;
       p--;
   }
}

//清空栈
void ClearStack(SqStack &S)
{
   S.base=S.top;
}
//栈的销毁
bool DestroyStack(SqStack &S)
{
   delete []S.base;
   S.base=NULL;
   S.top=NULL;
   S.stacksize=0;
   return true;
}
④main.CPP

#include "comdef.h"
#include "sqstackdef.h"
#include "sqstackapp.h"
int main(){
   SqStack S;
   SElemType e;
   int choice,n,i;
   cout<<"\n建立顺序栈：";
   if (InitStack(S)==OVERFLOW){
      cout<<"顺序栈空间分配失败,程序退出！";
       return 0;
       }
   else{
       cout<<"\n数据个数=";
       cin>>n;
       cout<<"\n输入"<<n<<"个数据: ";
       for(int j=0;j<n;j++)
       {
           cin>>i;
           Push(S,i);
       }
       cout<<"顺序栈建立成功，顺序栈为：";
       StackTraverse(S);
   }
   do {
       cout<<"\n\n===================================";
       cout<<"\n 顺序栈的基本操作 ";
       cout<<"\n===================================";
       cout<<"\n    1:判断栈空" ;
       cout<<"\n    2:求栈的长度" ;
       cout<<"\n    3:取栈顶" ;
       cout<<"\n    4:出栈" ;
       cout<<"\n    5:入栈" ;
       cout<<"\n    6:输出栈" ;
       cout<<"\n    7:清空栈" ;
       cout<<"\n    0:操作结束" ;
       cout<<"\n===================================";
       cout<<"\n请输入你的选择:";
       cin>>choice;
       switch (choice)
       {
           case 1:   if(StackElemType(S))
                   cout<<"\n数据表为空表";
                   else
                   cout<<"\n数据表为非空表";
              break;
           case 2:   cout<<"\n数据栈的长度为："<<StackLength(S);
              break;
           case 3:   if(StackElemType(S))
                   cout<<"\n栈为空，栈顶元素不存在！";
                   else
                   {
                       cout<<"\n栈顶元素为："<<GetTop(S);
                   }
              break;
           case 4:   if(!Pop(S,e))
                   {
                       cout<<"\n栈为空，栈顶元素不存在！";
                   }
           else
           {
           cout<<"\n栈顶出栈成功！"<<"\n出栈后的栈为：";
           StackTraverse(S);
                   }
                   break;
           case 5:   cout<<"入栈元素为：";
                   cin>>e;
                   Push(S,e);
                   cout<<"\n入栈成功！"<<"\n入栈后的栈为：";
           StackTraverse(S);
                   break;
           case 6: cout<<"顺序栈为：";
                   StackTraverse(S);
                   break;
           case 7: ClearStack(S);
              cout<<"成功清空！"<<"\n栈中无元素：";
                   StackTraverse(S);
                   break;
           case 0:   break;
           default:cout<<"\n输入错误,重新输入！";
       }
   } while (choice) ;
   DestroyStack(S);
   return 0;
}

2. 队列的定义、基本操作的实现

编程实现循环队列的基本操作

核心代码：

comdef.h
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -1
typedef int Status;
SqQueuedef.h
typedef int QElemType;
//队列的顺序存储结构
#define MAXQSIZE 100
typedef struct {
   QElemType *base; //存储空间的基地址
   int front; //头指针
   int rear; //尾指针
}SqQueue;
SqQueueapp.h
//初始化空队列
Status InitQueue(SqQueue &Q)
{
   //构造空队列
   Q.base=new QElemType[MAXQSIZE]; //为队列分配一个最大容量为MAXQSIZE的数组空间
   if(!Q.base) exit(OVERFLOW);
   Q.front=Q.rear=0; //头指针和尾指针置空，队列为空
   return OK;
}
//打印队列
void OutputQueue(SqQueue Q,int n)
{
   if(Q.front==Q.rear) cout<<"队列为空";
   while(Q.front!=Q.rear)
   {
       cout<<Q.base[Q.front]<<" ";
       Q.front=(Q.front+1)%(n+1);
   }

}
//判断队空
Status QueueEmpty(SqQueue Q)
{
   return (Q.front==Q.rear);
}

//求队列的长度
int QueueLength(SqQueue Q)
{
   return (Q.rear-Q.front+MAXQSIZE)%MAXQSIZE;
}

//取队首
Status GetHead(SqQueue Q,QElemType &e)
{
   if(Q.front==Q.rear) return ERROR;
   e=Q.base[Q.front]; //返回队头元素的值，队头元素不变
   return OK;
}

//出队列
Status DeQueue(SqQueue &Q,QElemType &e)
{
   if(Q.front==Q.rear) return ERROR;
   e=Q.base[Q.front]; //保存队头元素
   Q.front=(Q.front+1)%MAXQSIZE; //队头指针加一
   return OK;
}

//入队列
Status EnQueue(SqQueue &Q,QElemType e)
{
   //插入e为新的队尾元素
   if((Q.rear+1)%MAXQSIZE==Q.front)
   //尾指针在循环意义上加一，表明存储空间已满
   return ERROR;
   Q.base[Q.rear]=e; //新元素为队尾
   Q.rear=(Q.rear+1)%MAXQSIZE; //队尾指针加一
   return OK;
}

//队列的销毁
Status DestoryQueue(SqQueue &Q)
{
   free(Q.base);
   Q.base=NULL;
   Q.front=Q.rear=0;

   return OK;
}
main.CPP
#include "comdef.h"
#include "SqQueuedef.h"
#include "SqQueueapp.h"
int main(){
   SqQueue Q;
   QElemType e;
   int choice,n,i;
   cout<<"\n建立循环队列：";
   if (InitQueue(Q)==OVERFLOW){
      cout<<"队列空间分配失败,程序退出！";
       return 0;
       }
   else{
       cout<<"\n元素个数=";
       cin>>n;
       cout<<"\n输入"<<n<<"个队列元素: ";
       for(int j=0;j<n;j++)
       {
           cin>>i;
           EnQueue(Q,i);
       }
       cout<<"顺序队列建立成功，队列为：";
       OutputQueue(Q,n);
   }
   do {
       cout<<"\n\n===================================";
       cout<<"\n 循环队列的基本操作 ";
       cout<<"\n===================================";
       cout<<"\n    1:判断队列空" ;
       cout<<"\n    2:求队列的长度" ;
       cout<<"\n    3:取队首" ;
       cout<<"\n    4:出队列" ;
       cout<<"\n    5:入队列" ;
       cout<<"\n    6:打印队列" ;
       cout<<"\n    0:操作结束" ;
       cout<<"\n===================================";
       cout<<"\n请输入你的选择:";
       cin>>choice;
       switch (choice){
           case 1:   if(!QueueEmpty)
                   cout<<"此队列为空队列！";
                   else
                   cout<<"此队列非空！";
              break;
           case 2:   cout<<"此队列的长度为"<<QueueLength(Q);
              break;
           case 3:   GetHead(Q,e);
                   cout<<"队首为："<<e;
              break;
           case 4:   DeQueue(Q,e);
                   cout<<"出队列的元素为："<<e<<"\n当前队列为：";
                   OutputQueue(Q,n);
                   break;
           case 5:   cout<<"需要入队列的元素为：";
           cin>>e;
                   EnQueue(Q,e);
                   cout<<"\n当前队列为：";
                   OutputQueue(Q,n+1);
                   break;
           case 6:
                   cout<<"\n队列为：";
                   OutputQueue(Q,n);
                   break;
           case 0:   break;
           default:cout<<"\n输入错误,重新输入！";
       }
   } while (choice) ;
   DestoryQueue(Q);
   return 0;
}

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