LeetCode 232: 用栈实现队列
题目描述
使用栈实现队列的操作。支持以下操作：
MyQueue()：初始化队列。push(x)：将元素x推入队列。pop()：从队列中移除元素。peek()：返回队列头部的元素。empty()：检查队列是否为空。
队列的先进先出（FIFO）原则可以通过两个栈来模拟。栈 A 用于入队操作，栈 B 用于出队操作。
C 语言实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 定义栈结构体
typedef struct {
int* data;
int top;
int capacity;
} Stack;
// 初始化栈
Stack* stackCreate(int capacity) {
Stack* stack = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
stack->data = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
stack->top = -1;
stack->capacity = capacity;
return stack;
}
// 检查栈是否为空
int stackIsEmpty(Stack* stack) {
return stack->top == -1;
}
// 入栈操作
void stackPush(Stack* stack, int x) {
stack->data[++stack->top] = x;
}
// 出栈操作
int stackPop(Stack* stack) {
return stack->data[stack->top--];
}
// 获取栈顶元素
int stackTop(Stack* stack) {
return stack->data[stack->top];
}
// 释放栈内存
void stackFree(Stack* stack) {
free(stack->data);
free(stack);
}
// 定义队列结构体
typedef struct {
Stack* stackA;
Stack* stackB;
} MyQueue;
// 初始化队列
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue* queue = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
queue->stackA = stackCreate(100); // 栈 A 的初始容量
queue->stackB = stackCreate(100); // 栈 B 的初始容量
return queue;
}
// 入队操作
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
stackPush(obj->stackA, x); // 将元素推入栈 A
}
// 出队操作
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
if (stackIsEmpty(obj->stackB)) { // 如果栈 B 为空
while (!stackIsEmpty(obj->stackA)) { // 将栈 A 中的元素全部移到栈 B
stackPush(obj->stackB, stackPop(obj->stackA));
}
}
return stackPop(obj->stackB); // 从栈 B 出栈
}
// 获取队列头部元素
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
if (stackIsEmpty(obj->stackB)) { // 如果栈 B 为空
while (!stackIsEmpty(obj->stackA)) { // 将栈 A 中的元素全部移到栈 B
stackPush(obj->stackB, stackPop(obj->stackA));
}
}
return stackTop(obj->stackB); // 返回栈 B 顶部元素
}
// 检查队列是否为空
int myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return stackIsEmpty(obj->stackA) && stackIsEmpty(obj->stackB); // 栈 A 和栈 B 都为空时队列为空
}
// 释放队列内存
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
stackFree(obj->stackA);
stackFree(obj->stackB);
free(obj);
}
// 测试主函数
int main() {
MyQueue* queue = myQueueCreate();
myQueuePush(queue, 1);
myQueuePush(queue, 2);
printf("peek: %d\n", myQueuePeek(queue)); // 应输出 1
printf("pop: %d\n", myQueuePop(queue)); // 应输出 1
printf("empty: %d\n", myQueueEmpty(queue)); // 应输出 0
myQueuePush(queue, 3);
printf("peek: %d\n", myQueuePeek(queue)); // 应输出 2
printf("pop: %d\n", myQueuePop(queue)); // 应输出 2
printf("pop: %d\n", myQueuePop(queue)); // 应输出 3
printf("empty: %d\n", myQueueEmpty(queue)); // 应输出 1
myQueueFree(queue);
return 0;
}
代码逐行解释
栈的实现
typedef struct {
int* data;
int top;
int capacity;
} Stack;
我们首先定义了一个 Stack 结构体，包含了三个成员：
data：存储栈元素的数组。top：栈顶元素的索引。capacity：栈的最大容量。
Stack* stackCreate(int capacity) {
Stack* stack = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
stack->data = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
stack->top = -1;
stack->capacity = capacity;
return stack;
}
stackCreate 用来初始化一个栈，分配内存并设置初始值。
int stackIsEmpty(Stack* stack) {
return stack->top == -1;
}
stackIsEmpty 用于检查栈是否为空，栈空时返回 1。
void stackPush(Stack* stack, int x) {
stack->data[++stack->top] = x;
}
stackPush 用于将元素推入栈中，top 先自增再将元素存入。
int stackPop(Stack* stack) {
return stack->data[stack->top--];
}
stackPop 用于从栈中弹出元素，并返回弹出的元素。
int stackTop(Stack* stack) {
return stack->data[stack->top];
}
stackTop 用于获取栈顶元素，但不删除它。
队列的实现
typedef struct {
Stack* stackA;
Stack* stackB;
} MyQueue;
我们定义了一个 MyQueue 结构体，它包含两个栈：
stackA用于存储入队元素。stackB用于存储出队元素。
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue* queue = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
queue->stackA = stackCreate(100);
queue->stackB = stackCreate(100);
return queue;
}
myQueueCreate 用于创建一个队列并初始化其中的两个栈。
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
stackPush(obj->stackA, x);
}
myQueuePush 将元素压入 stackA。
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
if (stackIsEmpty(obj->stackB)) {
while (!stackIsEmpty(obj->stackA)) {
stackPush(obj->stackB, stackPop(obj->stackA));
}
}
return stackPop(obj->stackB);
}
myQueuePop 用于从队列中弹出元素。首先检查 stackB 是否为空，如果为空，则将 stackA 中的所有元素转移到 stackB 中。然后从 stackB 弹出栈顶元素。
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
if (stackIsEmpty(obj->stackB)) {
while (!stackIsEmpty(obj->stackA)) {
stackPush(obj->stackB, stackPop(obj->stackA));
}
}
return stackTop(obj->stackB);
}
myQueuePeek 用于获取队列头部的元素，逻辑与 myQueuePop 相同，只不过不移除元素。
int myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return stackIsEmpty(obj->stackA) && stackIsEmpty(obj->stackB);
}
myQueueEmpty 检查队列是否为空，只有当 stackA 和 stackB 都为空时，队列才为空。
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
stackFree(obj->stackA);
stackFree(obj->stackB);
free(obj);
}
myQueueFree 用于释放队列及其内部栈的内存。
