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  • 数据结构之栈和队列应用

    数据结构之栈和队列应用

     

    1．实验题目

          设停车场内只有一个可停放n辆汽车的狭长通道，且只有一个大门可供汽车进出。汽车在停车场内按车辆到达时间的先后顺序，依次由北向南排列（大门在最南端，最先到达的第一辆车停放在车场的最北端），若车场内已停满n辆汽车，则后来的汽车只能在门外的便道上等候，一旦有车开走，则排在便道上的第一辆车即可开入；当停车场内某辆车要离开时，在它之后开入的车辆必须先退出车场为它让路，待该辆车开出大门外，其它车辆再按原次序进入车场，每辆停放在车场的车在它离开停车场时必须按它停留的时间长短交纳费用。试为停车场编制按上述要求进行管理的模拟程序。

    2．需求分析

          本演示程序用TC编写，完成单链表的生成，任意位置的插入、删除，以及确定某一元素在单链表中的位置。

              ① 输入的形式和输入值的范围：插入元素时需要输入插入的位置和元素的值；删除元素时输入删除元素的位置；查找操作时需要输入元素的值。在所有输入中，元素的值都是整数

              ② 输出的形式：在所有三种操作中都显示操作是否正确以及操作后单链表的内容。其中删除操作后显示删除的元素的值，查找操作后显示要查找元素的位置。

              ③ 程序所能达到的功能：完成单链表的生成（通过插入操作）、插入、删除、查找操作

              ④ 测试数据：

          设n=2,输入数据为：（‘A’，1，5），（‘A’，2，10），（‘D’，1，15），（‘A’，3， 20），（‘A’，4，25），（‘A’，5，30），（‘D’，2，35），（‘D’，4，40），（‘E’，0，0）。其中，‘A’表示到达；‘D’表示离去，‘E’表示输入结束。

    3．概要设计

            1）为了实现上述程序功能，需要定义栈和队列的抽象数据类型：

                 ADT Stack{

                 数据对象：D={n|n∈ElemSet，0＜n≤100}

                 数据关系：R={<n-1,n>|n,n-1∈D}

                 基本操作：

                 InitStack(CarStack *s,int maxsize)

                 操作结果：初始化栈

                CreatStack(CarNode *Car,CarStack *garage)

                初始条件：栈已存在

                操作结果：将能停在停车场中的车辆信息输入栈

                PopStack(CarStack *garage,CarStack *Temp,LinkQueue *road,InputData *inputdata)

                初始条件：栈已存在

                操作结果：获取栈中的车辆信息

                InfoStack(CarStack *garage)

                初始条件：栈已存在

                操作结果：查询栈中信息并输出 }

                ADT Queue{

                数据对象：D={n|n∈ElemSet，0＜n≤100}

                数据关系：R={<n-1,n>|n,n-1∈D}

                基本操作：

                InitQueue(LinkQueue *road)

                操作结果：初始化队列

                CreatQueue(CarNode *Car,LinkQueue *road

                初始条件：队列已存在

                操作结果：将停在便道中的车辆信息输入队列

                PopQueue(CarNode *Car,LinkQueue *road)

                初始条件：队列已存在

                操作结果：获取队列中的车辆信息

                InfoQueue(LinkQueue *road)

                初始条件：队列已存在

                操作结果：查询队列中信息并输出 }

           2）本程序包含12个函数：

                ①主函数main（）

                ②初始化栈的InitStack（）

                ③初始化队列InitQueue（）

                ④记录进入停车场的车辆信息CreatStack（）

                ⑤记录进入便道的车辆信息CreatQueue（）

                ⑥记录开出停车场的车辆信息PopStack（）

                ⑦记录开出便道的车辆信息PopQueue（）

                ⑧获取车辆状态信息GetCarNode（）

                ⑨查询停车场内车辆信息InfoStack（）

                ⑩查询便道内车辆信息InfoQueue（）

                ⑪打印输出出库车辆信息及停车费Print（）

                ⑫用户输入数据Input（）

    4．详细设计

        实现概要设计中定义的所有的数据类型，对每个操作给出伪码算法。对主程序和其他模块也都需要写出伪码算法。

        1）栈的定义

     1      typedef struct StackNode{
 2 
 3      int num;
 4 
 5      Time arrive;
 6 
 7      Time leave;
 8 
 9      struct StackNode *next;
10 
11 }CarNode;
12 
13 typedef struct Stack{
14 
15      CarNode *stack[n];
16 
17      int top;
18 
19 }CarStack;

    2）栈的基本操作

     1  void InitStack(CarStack *s,int maxsize){
 2 
 3 s->stack[s->top+i] = NULL;
 4 
 5          s->stack[s->top+i] = (CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));}
 6 
 7  void CreatStack(CarNode *Car,CarStack *garage){
 8 
 9 garage->stack[garage->top]=Car;
10 
11 garage->top++;}
12 
13      void InfoStack(CarStack *garage){
14 
15 for(i=0;i<garage->top;i++)
16 
17 输出停车场位置  车辆号码  到达时刻}
18 
19      void Print(CarNode *Car)
20 
21        { arr=Car->arrive;
22 
23     lea=Car->leave;
24 
25         输出车辆的号码    进库时刻   离开时刻   车费(元)
26 
27 }

    3）队列的定义

    1 typedef struct Queue
2 
3 {CarNode *head;
4 
5 CarNode *rear;
6 
7 }LinkQueue;

    4）队列的基本操作

     1 void InitQueue(LinkQueue *road)
 2 
 3 {road->head=(CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
 4 
 5 if(road->head!=NULL)
 6 
 7      {road->head->next=NULL;
 8 
 9      road->rear=road->head;
10 
11      }  
12 
13 }
14 
15void CreatQueue(CarNode *Car,LinkQueue *road)
16 
17     {CarNode *QueueCar;
18 
19      QueueCar=Car;
20 
21      QueueCar->next=NULL;
22 
23      road->rear->next=QueueCar;
24 
25      road->rear=QueueCar;
26 
27     }
28 
29 void InfoQueue(LinkQueue *road)
30 
31    {CarNode *p;
32 
33     p=road->head->next;
34 
35     if(road->head==road->rear)
36 
37       输出"便道里没有车！"
38 
39     else
40 
41       输出 便道位置    车辆号码;}

      5）其他函数

     1 void GetCarNode(CarStack *garage,LinkQueue *road,InputData *inputdata,int maxsize)
 2 
 3 { CarNode *Car=(CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
 4 
 5 if(garage->top<maxsize&&garage->top>=0)
 6 
 7       {CreatStack(Car,garage);
 8 
 9       输出"车辆进入车库！"}
10 
11       else
12 
13       {CreatQueue(Car,road);
14 
15       输出"车库已满，车辆停入便道";}
16 
17 }
18 
19      void Input(InputData *inputdata)
20 
21 { 输出A(a)-入库 D(d)-离开 P(p)-查看停车场车辆 W(w)-查看过道车辆 E(e)-输入结束的提示；
22 
23 case 'A':
24 
25      case 'a':调用获取车辆信息函数GetCarNode（）
26 
27          case 'D':
28 
29      case 'd':调用车出库函数PopStack（）
30 
31          case 'P':
32 
33      case 'p':查询停车场的信息，调用函数InfoStack（）
34 
35          case 'W':
36 
37      case 'w':查询便道车辆的信息，调用函数InfoQueue（）
38 
39          case 'E':
40 
41      case 'e':输入结束
42 
43 }

    5．调试分析

          malloc（）是动态内存分配函数，用来向系统请求分配内存空间。当无法知道内存具体的位置时，想要绑定真正的内存空间，就要用到malloc（）函数。因为malloc只管分配内存空间，并不能对分配的空间进行初始化，所以申请到的内存中的值是随机的，经常会使用memset()进行置0操作后再使用。与其配套的是free（），当申请到的空间不再使用时，要用free（）函数将内存空间释放掉，这样可以提高资源利用率，最重要的是----就是因为它可以申请内存空间，然后根据需要进行释放，才被称为“动态内存分配”

    6．使用说明

          根据提示“请输入停车场容量Maxsize:”输入数据（即题目中n的值），回车输入结束，出现如下菜单：

          *******************************************************************************************

                                                           欢迎光临停车场

                                          本停车场按停留的时间长短交纳费用

                            请输入车库命令，格式为“出(入)库 车牌号 出(入)库时间”

                 A:到达   D：离去   P：查看停车场车辆  W：查看过道车辆 E：输入结束

          *******************************************************************************************

    按照此提示一次键入数据即可。

    7．测试结果

         

    8．附代码：

      1 // 实验二.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
  2 //
  3 
  4 #include "stdafx.h"
  5 
  6 
  7 #include<iostream>
  8 using namespace std;
  9 #define cost 2   
 10 #define n  100 //（即实验题目中的n）
 11 typedef int Time;
 12  
 13 typedef struct InputData
 14 {
 15     char command;
 16     int num;
 17     Time t;
 18 }InputData;//保存输入的数据
 19  
 20 typedef struct StackNode
 21 {
 22     int num;
 23     Time arrive;
 24     Time leave;
 25     struct StackNode *next;
 26 }CarNode;//入库车辆信息--栈
 27  
 28 typedef struct Stack
 29 {
 30     CarNode *stack[n];
 31     int top;
 32 }CarStack;//暂时停放车库--栈
 33  
 34 typedef struct Queue
 35 {
 36     CarNode *head;
 37     CarNode *rear;
 38 }LinkQueue;//便道---队列
 39  
 40 void InitStack(CarStack *s,int maxsize);//初始化栈
 41 void InitQueue(LinkQueue *road);//初始化队列
 42 void CreatStack(CarNode *Car,CarStack *garage);//车进库
 43 void CreatQueue(CarNode *Car,LinkQueue *road);//车进便道
 44 void PopQueue(CarNode *Car,LinkQueue *road);//车出便道
 45 void PopStack(CarStack *garage,CarStack *Temp,LinkQueue *road,InputData *inputdata);//车出库
 46 void GetCarNode(CarStack *garage,LinkQueue *road,InputData *inputdata,int maxsize);//获取车辆信息
 47 void InfoStack(CarStack *garage);//车库的车辆信息
 48 void InfoQueue(LinkQueue *road);//便道的车辆信息
 49 void Print(CarNode *Car);//打印出库的车的信息
 50 void Input(InputData *inputdata);//用户输入命令
 51  
 52 void main()
 53 {
 54     InputData inputdata;
 55     Input(&inputdata);
 56     system("pause");
 57 }
 58  
 59 void InitStack(CarStack *s,int maxsize)//初始化栈
 60 {   
 61     int i;
 62     s->top=0;
 63     for(i=0;i<=maxsize-1;i++)
 64     {
 65         s->stack[s->top+i] = NULL;
 66         s->stack[s->top+i] = (CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
 67     }
 68 }
 69  
 70 void InitQueue(LinkQueue *road)//初始化队列
 71 {
 72      road->head=(CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
 73 //     road->rear=(CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
 74     if (!road->head)
 75     {
 76         cout<<"内存分配失败！"<<endl;
 77         exit(0);
 78     }
 79     if(road->head!=NULL)
 80     {
 81         road->head->next=NULL;
 82         road->rear=road->head;
 83     }   
 84 }
 85  
 86 void GetCarNode(CarStack *garage,LinkQueue *road,InputData *inputdata,int maxsize)//获取车辆信息
 87 {
 88     CarNode *Car=(CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
 89     if (!Car)
 90     {
 91         cout<<"内存分配失败！"<<endl;
 92         exit(0);
 93     }
 94     Car->num = inputdata->num;
 95     Car->arrive = inputdata->t;
 96     if(garage->top<maxsize&&garage->top>=0)
 97     {    
 98         CreatStack(Car,garage);//车进库
 99         cout<<"车辆进入车库！"<<endl;
100     }
101     else
102     {        
103         CreatQueue(Car,road);//车进便道
104         cout<<"车库已满，车辆停入便道"<<endl;
105     }
106 }
107  
108 void CreatStack(CarNode *Car,CarStack *garage)//车进库
109 {
110     garage->stack[garage->top]=Car;
111     garage->top++;
112 }
113  
114 void CreatQueue(CarNode *Car,LinkQueue *road)//车进便道
115 {
116     CarNode *QueueCar;
117     QueueCar=Car;
118     QueueCar->next=NULL;
119     road->rear->next=QueueCar;
120     road->rear=QueueCar;
121 }
122  
123 void PopStack(CarStack *garage,CarStack *Temp,LinkQueue *road,InputData *inputdata)//车出库
124 {     
125     CarNode *Car=(CarNode *)malloc(sizeof(CarNode));
126     if (!Car)
127     {
128         cout<<"内存分配失败！"<<endl;
129         exit(0);
130     }
131     Car->num = inputdata->num;
132     Car->leave = inputdata->t;
133     int i = garage->top;
134     while (i)
135     {
136         if (garage->stack[i-1]->num != Car->num)
137         {
138             garage->top--;//进临时车站
139             Temp->stack[Temp->top]=garage->stack[garage->top];
140             Temp->top++;
141  
142             i--;//没有找到，继续循环查找
143             if (i==0)
144             {
145                 cout<<"没有该车牌的车！"<<endl;
146             }
147         } 
148         else//获得车辆信息,并回归临时车栈的车辆
149         {
150             Car->arrive = garage->stack[i-1]->arrive;
151             Print(Car);//打印车辆收费单
152             garage->top--;
153             while(Temp->top>0)//回归临时车站的车辆
154             {
155                 Temp->top--;
156                 garage->stack[garage->top]=Temp->stack[Temp->top];
157                 garage->top++;
158             }
159             if(road->head!=road->rear)//从便道出来一辆车到停车场
160             {
161                 garage->stack[garage->top]=road->head->next;
162                 cout<<endl;
163                 cout<<"车场有空位，便道第一辆车可以进入！"<<endl;
164                 garage->top++;
165                 road->head=road->head->next;
166             }
167             i = 0;//已经找到，退出循环
168         }
169     }
170 }
171  
172 void InfoStack(CarStack *garage)//查询车库车辆信息
173 {
174     if(garage->top==0)
175         cout<<"车库里没有车！"<<endl;
176     else
177     {
178         cout<<"（停车场位置   车辆号码  到达时刻）"<<endl;
179         for(int i=0;i<garage->top;i++)
180         {
181             cout<<"（  "<<i+1<<"       "<<garage->stack[i]->num<<"          "<<garage->stack[i]->arrive<<"   ）"<<endl;
182         }
183     }
184 }
185  
186 void InfoQueue(LinkQueue *road)//查询便道车辆信息
187 {
188     CarNode *p;
189     p=road->head->next;
190     int i=0;
191     if(road->head==road->rear)
192         cout<<"便道里没有车！"<<endl;
193     else
194     {
195         cout<<"（ 便道位置    车辆号码 ）"<<endl;
196         while(p!=NULL)
197         {
198             cout<<"（   "<<++i<<"        "<<p->num<<"     ）"<<endl;
199             p=p->next;
200         }
201     }
202     free(p);
203 }
204  
205 void Print(CarNode *Car)//打印出站车辆信息
206 {
207     int arr,lea;
208     float t;
209     arr=Car->arrive;
210     lea=Car->leave;
211     t=(lea-arr)*cost;   //（离开时刻-到达时刻）*停车费
212     cout<<"（    车辆的号码    进库时刻   离开时刻   车费(元)     ）"<<endl;
213     cout<<"(        "<<Car->num<<"         "<<arr<<"          "<<lea<<"         "<<t<<"          ）"<<endl;
214 }
215  
216 void Input(InputData *inputdata)
217 {
218     
219     int maxsize;
220     cout<<"请输入停车场容量Maxsize: ";
221     do 
222     {
223         cin>>maxsize;
224         if (!(maxsize<n&&maxsize>0))
225         {
226             cout<<"输入过大，请重新输入停车场容量：";
227         }
228             
229     } while (!(maxsize<n&&maxsize>0));
230  
231     int i=0,j=0,k=1;
232     char c ;
233     int nu;
234     CarStack garage,Temp;
235     LinkQueue road;
236     InitStack(&garage,maxsize);
237     InitStack(&Temp,maxsize);
238     InitQueue(&road);
239  
240     while(k)
241     {
242         i=0;
243         while(!i)
244         {   
245             cout<<"*******************************************************************"<<endl;
246             cout<<"                             欢迎光临停车场                        "<<endl;
247             cout<<"                     本停车场按停留的时间长短交纳费用              "<<endl;
248             cout<<"       请输入车库命令，格式为“出(入)库 车牌号 出(入)库时间”      "<<endl;
249             cout<<"  A:到达   D：离去   P：查看停车场车辆  W：查看过道车辆 E：输入结束"<<endl;
250             cout<<"*******************************************************************"<<endl;
251  
252             cin>>(inputdata->command)>>(inputdata->num)>>(inputdata->t);
253  
254              c = inputdata->command;
255             nu = inputdata->num;
256  
257             if(c!='A'&&c!='D'&&c!='W'&&c!='P'&&c!='E')
258             {
259                 cout<<"命令不正确，请重新输入！"<<endl;
260                 i = 0;
261             }
262             else
263                 i = 1;
264         }
265         switch(c)
266         {
267         case 'A':
268             GetCarNode(&garage,&road,inputdata,maxsize);//获取车辆信息
269             break;
270         case 'D':
271             PopStack(&garage,&Temp,&road,inputdata);//车出库
272             break;
273         case 'P':
274             InfoStack(&garage);//车库车辆信息
275             break;
276         case 'W':
277             InfoQueue(&road);//便道车辆信息
278             break;
279         case 'E':
280             k=0;
281             break;
282         default:break;
283         }
284     }
285     cout<<endl;
286     cin.clear();
287 }
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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/ynly/p/14273145.html
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