数据结构 - 堆栈和队列
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目录
栈
引入
介绍
为什么栈用顺序表而不用数组?
栈的实现
stack.h:结构体,栈的声明与定义
stack.c:栈的具体实现代码
栈的初始化
压入
弹出
取栈顶元素
栈的大小
判断栈是否为空
栈的销毁
Test.c:栈的测试
队列
引入
介绍
为什么队列选择链表而不用数组?
队列实现
Queue.h:结构体,队列的声明和定义
Queue.c:队列函数具体实现
队列初始化
队尾入队列(数据)
队头出队列(数据)
获取队列头部元素
获取队列尾部元素
判断队列是否为空
队列中有效元素个数
队列销毁
Test.c:队列的测试
栈
引入
介绍
栈:一种特殊的线性表,其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶,另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO(Last In First Out)
的原则。
压栈:栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈,入数据在栈顶。
出栈:栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。
为什么栈用顺序表而不用数组?
由于栈只用在同一端进行插入和删除,因此我们优先选择使用顺序表,因为在顺序表的末尾插入和删除的时间复杂度都是O(1),并且操作简单
栈的实现
stack.h:结构体,栈的声明与定义
typedef int STDatatype;
typedef struct stack
{
STDatatype* a;
int top; //栈顶
int capacity; //容量
}ST;
//栈的初始化
void STInit(ST* ps);
//栈的销毁
void STDestroy(ST* ps);
//压入
void STPush(ST* ps, STDatatype x);
//弹出/出栈
void STPop(ST* ps);
//取栈顶元素
STDatatype STTPop(ST* ps);
//栈的大小
int STSize(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps);
stack.c:栈的具体实现代码
栈的初始化
void STInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->a = NULL;
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
压入
void STPush(ST* ps, STDatatype x)
{
assert(ps);
//如果栈顶 = 容量,满了
if (ps->top == ps->capacity)
{
//扩容
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDatatype));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc");
return;
}
//赋值
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
//新数据给值
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
弹出
void STPop(ST* ps)
{
assert(ps);
//判断栈是否为空
assert(!STEmpty(ps));
//栈顶元素删除
ps->top--;
}
取栈顶元素
STDatatype STTPop(ST* ps)
{
assert(ps);
//判断栈是否为空
assert(!STEmpty(ps));
return ps->a[ps->top - 1];//栈顶元素下标
}
栈的大小
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
判断栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
//为空返回True,不为空返回False
return ps->top == 0;
}
栈的销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
//判断穿的指针是否有效
assert(ps);
//先释放,后置空
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
Test.c:栈的测试
int main()
{
ST st;
//初始化
STInit(&st);
//压入
STPush(&st, 1);//1
STPush(&st, 2);//1 2
STPush(&st, 3);//1 2 3
STPush(&st, 4);//1 2 3 4
//取栈顶元素
int top = STTPop(&st);//4
//printf("%d ", top);//4
//弹出
STPop(&st);//1 2 3
//压入
STPush(&st, 5);//1 2 3 5
STPush(&st, 6);//1 2 3 5 6
while (!STEmpty(&st))//栈不为空
{
int top = STTPop(&st);//6 5 3 2 1
printf("%d ", top); //6 5 3 2 1
STPop(&st);
}
//摧毁
STDestroy(&st);
return 0;
}
队列
引入
介绍
队列:只允许在一端进行插入数据操作,在另一端进行删除数据操作的特殊线性表,队列具有先进先出FIFO(First In First Out)
入队列:进行插入操作的一端称为队尾
出队列:进行删除操作的一端称为队头
为什么队列选择链表而不用数组?
由于队列需要在队列两端进行插入或删除,因此我们优先选择链表来进行实现。当然使用数组实现也可以,只是数组在头部插入和删除元素需要O(n)的时间复杂度,因此选择链表更优。
队列实现
Queue.h:结构体,队列的声明和定义
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QueDatatype;
typedef struct QueueNode
{
int val;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* phead;
QNode* ptail;
int size;
}Que;
//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);
// 队尾入队列
void QueuePush(Que* pq, QueDatatype x);
// 队头出队列
void QueuePop(Que* pq);
//获取队列头部元素
QueDatatype QueueFront(Que* pq);
//获取队列尾部元素
QueDatatype QueueBack(Que* pq);
//判断队列中有效元素
bool QueueEmpty(Que* pq);
//队列中有效元素个数
int QueueSize(Que* pq);
Queue.c:队列函数具体实现
队列初始化
void QueueInit(Que* pq)
{
assert(pq);
//一开始队列为空
pq->phead = NULL;
pq->ptail = NULL;
pq->size = 0; //队列大小
}
队尾入队列(数据)
void QueuePush(Que* pq, QueDatatype x)
{
assert(pq);
//扩容
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc");
return;
}
//给值
newnode->val = x;
newnode->next = NULL;
//队列不止一个元素
if (pq->ptail)
{
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = newnode;
}
//队列只有一个元素
else
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
pq->size++;
}
队头出队列(数据)
void QueuePop(Que* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
//队列中不止一个元素
if (pq->phead->next == NULL)
{
free(pq->phead);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
//队列中只有一个元素
else
{
//先记录队头的下一个元素
QNode* next = pq->phead->next;
free(pq->phead);
pq->phead = next;
}
pq->size--;
}
获取队列头部元素
QueDatatype QueueFront(Que* pq)
{
assert(pq);
//判断队列是否为空
assert(pq->phead);
return pq->phead->val;
}
获取队列尾部元素
QueDatatype QueueBack(Que* pq)
{
assert(pq);
//判断队列是否为空
assert(pq->ptail);
return pq->ptail->val;
}
判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
assert(pq);
//为空返回True,不为空返回False
return pq->size == 0;
}
队列中有效元素个数
int QueueSize(Que* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;//队列大小
}
队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->phead;
//依次释放节点
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
//置为空
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
Test.c:队列的测试
#include"Queue.h"
int main()
{
Que q;
//初始化
QueueInit(&q);
//队尾进入队列
QueuePush(&q, 1);//1
QueuePush(&q, 2);//1 2
QueuePush(&q, 3);//1 2 3
QueuePush(&q, 4);//1 2 3 4
printf("%d ", QueueFront(&q));//1
printf("%d ", QueueBack(&q));//4
//对头出队列
QueuePop(&q);//2 3 4
printf("%d ", QueueFront(&q));//2
printf("%d ", QueueBack(&q));//4
printf("%d", QueueSize(&q));//3
//while (!QueueEmpty(&q))
//{
// printf("%d ", QueueFront(&q));
// QueuePop(&q);
//}
//销毁
QueueDestroy(&q);
return 0;
}
***********************************************************分割线*****************************************************************************
完结!!!
感谢浏览和阅读。
等等等等一下,分享最近喜欢的一句话:“没有永恒的梅雨季,只有久违的艳阳天”。
我是白子寰,如果你喜欢我的作品,不妨你留个点赞+关注让我知道你曾来过。
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好了划走吧。
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epoll简介及触发模式(accept、read、send)-epoll的简单介绍 epoll在LT和ET模式下的读写方式 一、epoll的接口非常简单,一共就三个函数:1. int epoll_create(int size);创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close关闭,否则可能导致fd被耗尽。2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll的事件注册函数,它不同与select是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */};events可以是以下几个宏的集合:EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭); EPOLLIN事件:EPOLLIN事件则只有当对端有数据写入时才会触发,所以触发一次后需要不断读取所有数据直到读完EAGAIN为止。否则剩下的数据只有在下次对端有写入时才能一起取出来了。现在明白为什么说epoll必须要求异步socket了吧?如果同步socket,而且要求读完所有数据,那么最终就会在堵死在阻塞里。 EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写; EPOLLOUT事件:EPOLLOUT事件只有在连接时触发一次,表示可写,其他时候想要触发,那要先准备好下面条件:1.某次write,写满了发送缓冲区,返回错误码为EAGAIN。2.对端读取了一些数据,又重新可写了,此时会触发EPOLLOUT。简单地说:EPOLLOUT事件只有在不可写到可写的转变时刻,才会触发一次,所以叫边缘触发,这叫法没错的!其实,如果真的想强制触发一次,也是有办法的,直接调用epoll_ctl重新设置一下event就可以了,event跟原来的设置一模一样都行(但必须包含EPOLLOUT),关键是重新设置,就会马上触发一次EPOLLOUT事件。1. 缓冲区由满变空.2.同时注册EPOLLIN | EPOLLOUT事件,也会触发一次EPOLLOUT事件这个两个也会触发EPOLLOUT事件 EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);等待事件的产生,类似于select调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个maxevents的值不能大于创建epoll_create时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1将不确定,也有说法说是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。-------------------------------------------------------------------------------------------- 从man手册中,得到ET和LT的具体描述如下EPOLL事件有两种模型:Edge Triggered (ET)Level Triggered (LT)假如有这样一个例子:1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据3. 调用epoll_wait(2),并且它会返回RFD,说明它已经准备好读取操作4. 然后我们读取了1KB的数据5. 调用epoll_wait(2)......Edge Triggered 工作模式:如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志,那么在第5步调用epoll_wait(2)之后将有可能会挂起,因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内,而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候,调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中,会有一个事件产生在RFD句柄上,因为在第2步执行了一个写操作,然后,事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据,因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后,是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口,在后面会介绍避免可能的缺陷。 i 基于非阻塞文件句柄 ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才需要挂起,等待。但这并不是说每次read时都需要循环读,直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成,当read返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时,就可以确定此时缓冲中已没有数据了,也就可以认为此事读事件已处理完成。Level Triggered 工作模式相反的,以LT方式调用epoll接口的时候,它就相当于一个速度比较快的poll(2),并且无论后面的数据是否被使用,因此他们具有同样的职能。因为即使使用ET模式的epoll,在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志,在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后,使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。然后详细解释ET, LT:LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.ET(edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中,ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认(这句话不理解)。在许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection,epoll的效率并不会比select/poll高很多,但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接),就会发现epoll的效率大大高于select/poll。(未测试)另外,当使用epoll的ET模型来工作时,当产生了一个EPOLLIN事件后,读数据的时候需要考虑的是当recv返回的大小如果等于请求的大小,那么很有可能是缓冲区还有数据未读完,也意味着该次事件还没有处理完,所以还需要再次读取: 这里只是说明思路(参考《UNIX网络编程》) while(rs) {buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);if(buflen < 0){// 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读// 在这里就当作是该次事件已处理处.if(errno == EAGAIN)break; else return; }else if(buflen == 0) { // 这里表示对端的socket已正常关闭. } if(buflen == sizeof(buf) rs = 1; // 需要再次读取 else rs = 0; } 还有,假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发,当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回,返回-1表示出错。在socket_send内部,当写缓冲已满(send返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send内部,但暂没有更好的办法. ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) { ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) { tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp < 0) { // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno == EINTR) return -1; // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, // 在这里做延时后再重试. if(errno == EAGAIN) { usleep(1000); continue; } return -1; } if((size_t)tmp == total) return buflen; total -= tmp; p += tmp; } return tmp; } 二、epoll在LT和ET模式下的读写方式 在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK) 从字面上看, 意思是: * EAGAIN: 再试一次 * EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block * perror输出: Resource temporarily unavailable 总结: 这个错误表示资源暂时不够, 可能read时, 读缓冲区没有数据, 或者, write时,写缓冲区满了 。 遇到这种情况, 如果是阻塞socket, read/write就要阻塞掉。 而如果是非阻塞socket, read/write立即返回-1, 同 时errno设置为EAGAIN. 所以, 对于阻塞socket, read/write返回-1代表网络出错了. 但对于非阻塞socket, read/write返回-1不一定网络真的出错了. 可能是Resource temporarily unavailable. 这时你应该再试, 直到Resource available. 综上, 对于non-blocking的socket, 正确的读写操作为: 读: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续读 写: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续写 对于select和epoll的LT模式, 这种读写方式是没有问题的. 但对于epoll的ET模式, 这种方式还有漏洞. epoll的两种模式 LT 和 ET
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