Leetcode刷题之用队列实现栈（C语言版）

news2024/10/6 22:20:01

Leetcode刷题之用队列实现栈（C语言版）

  • 一、题目描述
  • 二、题目要求
  • 三、题目示例
  • 四、题目解析
    • Ⅰ、MyStack* myStackCreate
    • Ⅱ、void myStackPush(MyStack* obj, int x)
    • Ⅲ、int myStackPop(MyStack* obj)
    • Ⅳ、int myStackTop(MyStack* obj)
    • Ⅴ、bool myStackEmpty(MyStack* obj)
    • Ⅵ、void myStackFree(MyStack* obj)
  • 五、完整代码

225、用队列实现栈

一、题目描述

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：

①、void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
②、nt pop() 移除并返回栈顶元素。
③、int top() 返回栈顶元素。
④、boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

二、题目要求

Ⅰ、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。
Ⅱ、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。

三、题目示例

在这里插入图片描述

四、题目解析

首先我们看到本题是用队列实现栈。那么我们便要对栈和队列的相关特性有一定的了解，例如栈是先进后出的，而队列是先进先出的。如果有伙伴对这两种数据结构有些遗忘的话，建议看一下博主之前的两篇文章，分别是《数据结构——栈的详细介绍》和《数据结构——看完这篇保证你学会队列》。
我们想要解决这道题，首先便要实现一个完整的队列，其中的接口包括初始化队列，销毁队列，入队，出队等，其代码如下：
在这里插入图片描述

//定义数据类型
typedef int QueueDataType;
//定义队列结构
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QueueDataType Data;
}Qnode;


//定义头、尾指针
typedef struct Queue
{
	Qnode* phead;
	Qnode* ptail;
	int size;
}Queue;

//初始化
void InitQueue(Queue* pq);
//销毁
void DestoryQueue(Queue* pq);
//入队
void PushQueue(Queue* pq, QueueDataType x);
//出队
void PopQueue(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取SIze
int SizeQueue(Queue* pq);
//获取队头元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* pq);

void InitQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//销毁
void DestoryQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	Qnode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		Qnode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//入队
void PushQueue(Queue* pq, QueueDataType x)
{
	assert(pq);
	Qnode* newnode = (Qnode*)malloc(sizeof(Qnode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	//赋值
	newnode->Data = x;
	newnode->next = NULL;
	//分情况讨论
	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//出队
void PopQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		//头删
		Qnode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;

}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}
//获取SIze
int SizeQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
//获取队头元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->Data;
}
//获取队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->Data;
}

构建好队列的各种接口之后，我们需要在Mystack的结构体中创建两个队列变量。代码如下：

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

Ⅰ、MyStack* myStackCreate

该接口，需要我们在内存中开辟空间，利用malloc函数，并且将q1和q2进行初始化。

MyStack* myStackCreate() 
{
  MyStack*obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
  if(obj==NULL)
  {
      perror("malloc fail");
      return NULL;
  }
  InitQueue(&obj->q1);
  InitQueue(&obj->q2);
  return obj;
    
}

Ⅱ、void myStackPush(MyStack* obj, int x)

如果两个队列都为空，那么任选一个进行入队操作即可，后续入队往有数据的队列进行入队操作即可。

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

Ⅲ、int myStackPop(MyStack* obj)

最为复杂的便是出栈了，我们的大体思路便是假定q1为空，q2不为空：如果结果相反，则调换一下二者的顺序，我们将不为空的队列进行出队操作，并将其数据压入为空的队列，直到为空的队列中只剩下一个数据，我们将这个数据定义为top,并对其进行出队操作，最后将其进行返回。

 Queue*EmptyQ=&obj->q1;
       Queue*NonEmptyq=&obj->q2;
       if(!QueueEmpty(&obj->q1))
       {
           EmptyQ=&obj->q2;
           NonEmptyq=&obj->q1;
       }
       while(SizeQueue(NonEmptyq)>1)
       {
           PushQueue(EmptyQ,QueueFront(NonEmptyq));
           PopQueue(NonEmptyq);
       }
       int top=QueueFront(NonEmptyq);
       PopQueue(NonEmptyq);
       return top;

Ⅳ、int myStackTop(MyStack* obj)

解决这个接口，我们首先需要找到不为空的那个队列，然后调用其获取队尾数据的函数，最后将这个函数返回的结果返回即可。

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

Ⅴ、bool myStackEmpty(MyStack* obj)

我们需要保证我们的两个队列都为空，这样才能够保证我们创建的队列为空。

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

Ⅵ、void myStackFree(MyStack* obj)

需要先对我们所创建的q1和q2队列进行销毁，然后再对ob进行free操作，以防止内存的泄漏。

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

五、完整代码

//定义数据类型
typedef int QueueDataType;
//定义队列结构
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QueueDataType Data;
}Qnode;


//定义头、尾指针
typedef struct Queue
{
	Qnode* phead;
	Qnode* ptail;
	int size;
}Queue;

//初始化
void InitQueue(Queue* pq);
//销毁
void DestoryQueue(Queue* pq);
//入队
void PushQueue(Queue* pq, QueueDataType x);
//出队
void PopQueue(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取SIze
int SizeQueue(Queue* pq);
//获取队头元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* pq);

void InitQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//销毁
void DestoryQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	Qnode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		Qnode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//入队
void PushQueue(Queue* pq, QueueDataType x)
{
	assert(pq);
	Qnode* newnode = (Qnode*)malloc(sizeof(Qnode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	//赋值
	newnode->Data = x;
	newnode->next = NULL;
	//分情况讨论
	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//出队
void PopQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		//头删
		Qnode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;

}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}
//获取SIze
int SizeQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
//获取队头元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->Data;
}
//获取队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->Data;
}


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


MyStack* myStackCreate() 
{
  MyStack*obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
  if(obj==NULL)
  {
      perror("malloc fail");
      return NULL;
  }
  InitQueue(&obj->q1);
  InitQueue(&obj->q2);
  return obj;
    
}

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

int myStackPop(MyStack* obj)
{
       Queue*EmptyQ=&obj->q1;
       Queue*NonEmptyq=&obj->q2;
       if(!QueueEmpty(&obj->q1))
       {
           EmptyQ=&obj->q2;
           NonEmptyq=&obj->q1;
       }
       while(SizeQueue(NonEmptyq)>1)
       {
           PushQueue(EmptyQ,QueueFront(NonEmptyq));
           PopQueue(NonEmptyq);
       }
       int top=QueueFront(NonEmptyq);
       PopQueue(NonEmptyq);
       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) 
{
  DestoryQueue(&obj->q1);
  DestoryQueue(&obj->q2);
  free(obj);
    
}

/**
 * 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);
*/

在这里插入图片描述

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