【面试题】循环队列队列实现栈栈实现队列

news2024/12/22 17:02:26

1️⃣设计循环队列OJ链接
2️⃣用队列实现栈OJ链接
3️⃣用栈实现队列OJ链接

这几道面试题需要栈和队列的知识，它们的相关知识可以看我的上一篇文章

1️⃣设计循环队列

在这里插入图片描述
先来了解一下环形队列，这也是循环队列的思想，空间是固定的，数据满的时候就不能再插入数据了。
在下面我们就需要考虑一个问题了？环形队列是用链表实现呢，还是用数组实现呢？
我们这里首先要说的是，两种方法是都可以的，而最终选择的方法是数组实现
因为使用链表更加的麻烦，虽然链表给我们的感觉更符合实际（需要循环），但是链表并不能很好的找到队尾数据，而且也并不知道，节点中是否有数据。数组就可以很好的解决这些麻烦。

在这里插入图片描述

循环队列的实现：使用数组来实现，在申请数组的空间时，多申请一个空间，用来解决判断队列为空为满的问题。主要问题都是围绕着当数据在数组的尽头时，和为空为满产生的。接下来我们将代码分为几个部分，分开解决。
在这里插入图片描述

🌎队列为空为满问题

判断为空时，当front==rear时就为空。

判断为满时，当(rear+1)%(k+1)==front时就为满，就由下面的图来证明一下，rear（数组下标）现在是为4，front为0，k（数组存放数量的容量）为4，(4+1)%(4+1)=0。

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(obj->front==obj->rear)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    assert(obj);
    if((obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

🌎插入与删除数据

在插入数据时需要判断一下队列是否为满，这里仍是采用 (rear+1)%=k+1的方法，代码中没有加一是因为上面进行了++，这个表达式解决了队列循环的问题，保证一直往复。
在删除队列数据时需要判断一下是否为空，方法是一样的，都是为了解决循环问题。

//插入数据
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    assert(obj);
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    else
    {
        obj->a[obj->rear++]=value;
        (obj->rear)%=obj->k+1;
        return true;
    }
}
//删除数据
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    else
    {
        obj->front++;
        obj->front%=obj->k+1;
        return true;
    }
}

🌎返回队头和队尾数据

front指向的位置就是队头的位置，rear-1就是队尾的位置，因为当时多创建了一个空间，rear也就是指向那个空间。
在找队尾数据时，下面注释的代码是另一种方法，我个人更喜欢没有被注释的代码，代码更加的直观，被注释的代码更加的简洁。在查找之前都需要进行队列是否为空的判断。

//返回队头
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        return obj->a[obj->front];
    }
}
//返回队尾
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        //return obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];
        if(obj->rear==0)
        {
            return obj->a[obj->k];
        }
        else
        {
            return obj->a[obj->rear-1];
        }
    }
}

🌎开辟空间等问题

在下面的代码中，使用的是柔性数组，它的好处在于在开辟空间的时候只需要一段代码就可以解决了，在释放空间是也是同样的得到了方便，当然也可以选择不用柔性数组。

typedef struct {
    //int *a;
    int front;
    int rear;
    int k;
    int a[];
} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue *obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue)+sizeof(int)*(k+1));
    //obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->front=obj->rear=0;
    obj->k=k;
    return obj;
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    assert(obj);
    //free(obj->a);
    free(obj);
    obj=NULL;
}

以上的代码就是循环队列题的全部代码了

2️⃣用队列实现栈

这里是引用
​🐬这道题的意思就是用栈的性质来完成队列相关功能，还有一点就是C语言并没有栈和队列的库，所以需要我们自己实现一下栈和队列。
在实现之前先了解一下栈的性质：后进先出。队列性质：先进先出。
实现思路就是使用两个队列，保持一个队列总是空的，这样就可以将出队列的数据放进空的队列，而在原来的队列剩下的一个数据就是要出栈的数据，要插入数据也是往有数据的队列中插入，就这样一直往复，就实现栈了。

//先是创建两个队列，放在结构体里更方便
//并且题目中给的结构体是匿名结构体
typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;
//对结构体开辟空间，并且初始化两个队列
//因为调用了队列的实现所以就可以直接用实现队列里的函数
//对新创建的队列进行初始化
MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}
//实现入栈的操作
//先需要判断一下那个队列不是空的，然后将数据插入进去
//仍是需要掉用一下队列实现的函数就可以了
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    assert(obj);
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}
//实现出栈的操作
//仍是需要判断一下那个队列是空的
//然后将另一个队列的数据就剩下一个，剩下的全部导入空队列
//这样在将那一个数据进行出队列
//就是实现了出栈的操作
int myStackPop(MyStack* obj) {
    assert(obj);
    Queue* empty=&obj->q1;
    Queue* noempty=&obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        empty=&obj->q2;
        noempty=&obj->q1;
    }

    while(noempty->size>1)
    {//将队列里的数据导入另一个队列
        QueuePush(empty,QueueFront(noempty));
        QueuePop(noempty);
    }
    //最后要求返回出栈的数据，素所以需要记录一下
    int ret=QueueBack(noempty);
    QueuePop(noempty);
    return ret;
}
//实现输出栈顶数据
//找到那个有数据的队列，在队尾的数据就是栈顶的数据
int myStackTop(MyStack* obj) {
    assert(obj);
    if(QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
}
//判断栈是否为空
//需要将两个队列都进行判断，都为空栈才为空。
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    assert(obj);
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}
//释放空间
//需要先将队列的空间释放再将结构体的空间释放
//如果先释放的结构体的空间，会导致队列的空间释放不了
void myStackFree(MyStack* obj) {
    assert(obj);
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
    obj=NULL;
}

下面的代码为队列实现的代码，需要放在上段代码的前面

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//销毁数据，在这里需要一个一个的释放
//因为当时在开辟的时候也是一个一个的开辟的
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* prev = cur;
		cur = cur->next;
		free(prev);
	}
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//在队尾插入数据
//这里的size是用来记录在队列当中数据的个数的。
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
}
//在队头删除数据
bool QueueEmpty(Queue* pq);
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//这里需要判断一下队列是否为空
	//当为空时并不能在删除数据
	assert(!QueueEmpty(pq));
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* prev = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(prev);
	}
	pq->size--;
}

//用来判断队列是否为空。
//通过下面的两种方法是都可以的，一种是通过size
//另一种是对队头队尾进行判断
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	if (pq->size == 0)
	{
		return true;
	}
	return false;
	//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
//返回队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//这里需要判断一下队列是否为空
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}
//返回队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//这里需要判断一下队列是否为空
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}
//返回队列中数据的个数。
int QueueSize(Queue* pq)
{
	return pq->size;
}

3️⃣用栈实现队列

这里是引用
🐬这道题和上面的题大同小异，这道题是用栈的性质实现队列。
在实现之前先了解一下栈的性质：后进先出。队列性质：先进先出。
实现思路就是创建两个栈，分别记s1和s2，先将数据放入s1，再将s1中的数据全部导入s2这样s2中在出栈就是出队列的操作了，而在入队列的时候，将数据入栈到s1，一直入栈就在s1上面一直入站就可以了，只有将s2中的数据出栈完全才可以再将s1中的数据导入s2。

//先是创建两个栈，放在结构体里更方便
//并且题目中给的结构体是匿名结构体
typedef struct {
    ST s1;
    ST s2;
} MyQueue;
//为结构体申请空间，并且为栈进行初始化
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    StackInit(&obj->s1);
    StackInit(&obj->s2);
    return obj;
}
//实现进队列
//仍是直接调用实现栈函数的操作
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    assert(obj);
    StackPush(&obj->s1,x);
}
//实现出队列
//先进行判断s2中是否为空如果为空就将是s1中的数据导入s2
//最后返回出队列的数据，
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(StackEmpty(&obj->s2))
    {
        while(!StackEmpty(&obj->s1))
        {
            StackPush(&obj->s2,StackTop(&obj->s1));
            StackPop(&obj->s1);
        }
    }
    int top=StackTop(&obj->s2);
    StackPop(&obj->s2);
    return top;
}
//实现返回队列开头的元素
//进行判断s2是否为空，如果不为空，就直接返回栈顶数据
//如果为空，需要将s1中的数据全部导入到s2，在返回栈顶数据。
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(!StackEmpty(&obj->s2))
    {
        return StackTop(&obj->s2);
    }
    else
    {
        while(!StackEmpty(&obj->s1))
        {
            StackPush(&obj->s2,StackTop(&obj->s1));
            StackPop(&obj->s1);
        }
        return StackTop(&obj->s2);
    }
}
//判断队列是否为空
//仍是需要两个栈全部都为空时，队列才为空
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    return StackEmpty(&obj->s1)&&StackEmpty(&obj->s2);
}
//释放空间
//需要先将栈的空间释放再将结构体的空间释放
//如果先释放的结构体的空间，会导致栈的空间释放不了
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    StackDestroy(&obj->s1);
    StackDestroy(&obj->s2);
    free(obj);
    obj=NULL;
}

下面的代码为栈实现的代码，需要放在上段代码的前面

typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
	STDatatype* a;
	int capacity;
	int top;   // 初始为0，表示栈顶位置下一个位置下标
}ST;
void StackInit(ST* ps)
{//对栈进行初始化
	assert(ps);
	ps->a = (STDatatype*)malloc(sizeof(STDatatype) * 4);
	//开始先创建四个整型的空间
	if (ps->a == NULL)
	{//必须要进行是否开辟成功的判断！
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}

	ps->top = 0;//初始化为零
	ps->capacity = 4;//开辟空间时开了四个整型空间，所以初始化时的容量为四。
}

void StackPush(ST* ps, STDatatype x)
{//将数据进行入栈
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{//判断是否需要扩容
		STDatatype* prev = (STDatatype*)realloc(ps->a, sizeof(STDatatype) * ps->capacity * 2);
		//这里扩容就直接扩容为原来的二倍
		if (prev == NULL)
		{//必须判断时候开辟成功
			perror("relloc");
			exit(-1);
		}
		ps->a = prev;
		ps->capacity *= 2;
	}
	ps->a[ps->top] = x;//把数据进行入栈
	ps->top++;
}
bool StackEmpty(ST* ps);
void StackPop(ST* ps)
{//出栈
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	//当top为零时，也就是该函数true时，不能在进行出栈的操作
	ps->top--;
}
void StackDestroy(ST* ps)
{//销毁栈，并释放空间
	assert(ps);

	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}

STDatatype StackTop(ST* ps)
{//找到栈顶
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	//当top为零时，也就是该函数true时，不能在进行出栈的操作
	return ps->a[ps->top - 1];
	//因为top指向的是栈顶的下一个位置，所以，在查找栈顶是需要进行减一
}

bool StackEmpty(ST* ps)
{//判断栈中是否为空
	assert(ps);

	/*if (ps->top == 0)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}*/

	return ps->top == 0;
	//和上面注释的代码作用是一样的，下面的更简洁，上面的可读性更强
}

int StackSize(ST* ps)
{//用来计算一共有多少数据的
	assert(ps);
	return ps->top;
}
最后：文章有什么不对的地方或者有什么更好的写法欢迎大家在评论区指出

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