【LeetCode刷题（数据结构与算法）】：用队列实现栈

news2025/3/10 21:29:01

在这里插入图片描述
请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）
实现 MyStack 类：
void push(int x) 将元素 x 压入栈顶
int pop() 移除并返回栈顶元素
int top() 返回栈顶元素
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false
注意：
你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作
你所使用的语言也许不支持队列。你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可
示例：

输入：
[“MyStack”, “push”, “push”, “top”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 2, 2, false]
解释：
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False
提示：
1 <= x <= 9
最多调用100 次 push、pop、top 和 empty
每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空
在这里插入图片描述
这里有一个动图我一会儿上传到评论区大家可以看一下加深理解
为了满足栈的特性，即最后入栈的元素最先出栈，在使用队列实现栈时，应满足队列前端的元素是最后入栈的元素。可以使用两个队列实现栈的操作，其中 queue1
用于存储栈内的元素，queue2
作为入栈操作的辅助队列
入栈操作时，首先将元素入队到 queue2
然后将 queue1
的全部元素依次出队并入队到 queue2
此时queue2
的前端的元素即为新入栈的元素，再将 queue1
和queue2
互换，则queue1
的元素即为栈内的元素，queue1
的前端和后端分别对应栈顶和栈底
由于每次入栈操作都确保 queue1
的前端元素为栈顶元素，因此出栈操作和获得栈顶元素操作都可以简单实现。出栈操作只需要移除 queue1
的前端元素并返回即可，获得栈顶元素操作只需要获得 queue1
的前端元素并返回即可（不移除元素）
由于 queue1
用于存储栈内的元素，判断栈是否为空时，只需要判断 queue1
是否为空即可

动图链接
动图链接

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>

typedef int QueueDataType;

typedef struct QNode
{
	struct QNode* next;
	QueueDataType data;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
	QueueDataType size;
}Que;
void QueueInit(Que* pq);

void QueuePush(Que* pq, QueueDataType x);

void QueuePop(Que* pq);

void QueueDestroy(Que* pq);

QueueDataType QueueFront(Que* pq);

QueueDataType QueueBack(Que* pq);

bool QueueEmpty(Que* pq);

QueueDataType QueueSize(Que* pq);


//#include"Queue.h"

void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size =0;
}

void QueuePush(Que* pq, QueueDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof
	(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL && pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;//tail指针指向下一个结构体---
		//--存放地址
		pq->tail = newnode;//尾节点
	}

	pq->size++;
}

void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	//assert(!QueueEmpty(Que * pq));//写法错误 不允许使用类命名
	assert(!QueueEmpty(pq));
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{

		QueueNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}

QueueDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

QueueDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

QueueDataType QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);
	//assert(!QueueEmpty(pq));
	QueueNode* current = pq->head;
	while (current)
	{
		QueueNode* next = current->next;
		free(current)
			;
		current = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

typedef struct {
    Que q1;
    Que q2;
}MyStack;

MyStack* myStackCreate() {
    //动态内存开辟函数malloc在堆区 无free不会主动销毁
    MyStack*pst=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack)*2);
    QueueInit(&pst->q1);
    QueueInit(&pst->q2);
    return pst;
    //避免野指针NULL
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    Que*Empty=&obj->q1;
    Que*NonEmpty=&obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        NonEmpty=&obj->q1;
        Empty=&obj->q2;
    }
    while(QueueSize(NonEmpty)>1)
    {
        QueuePush(Empty,QueueFront(NonEmpty));
        QueuePop(NonEmpty);
    }
    //题目要求移除并返回栈顶元素top
    int top=QueueFront(NonEmpty);
    QueuePop(NonEmpty);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else 
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
    obj=NULL;
}

/**
 * Your MyStack struct will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = myStackCreate();
 * myStackPush(obj, x);
 
 * int param_2 = myStackPop(obj);
 
 * int param_3 = myStackTop(obj);
 
 * bool param_4 = myStackEmpty(obj);
 
 * myStackFree(obj);
*/