栈和队列OJ题：LeetCode--225.用队列实现栈

news2024/11/17 14:52:46

 朋友们、伙计们，我们又见面了，今天给大家带来的是LeetCode--225.用队列实现栈

数 据 结 构 专 栏：数据结构

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LeetCode--225.用队列实现栈：https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/

目录

1.题目介绍

2.实例演示

3.解题思路

3.1创建栈

3.2出栈操作

3.3压栈操作

3.4获取栈顶元素

3.5判断栈是否为空

3.6释放栈 

 4.完整代码

1.题目介绍

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. int 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 。

注意：

        1. 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。
        2. 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。 

2.实例演示

3.解题思路

3.1创建栈

使用两个队列来实现栈的功能，首先我们得写出一个队列，队列的功能是先进先出，栈的功能是后进先出，在创建栈的时候需要有两个队列，然后为栈创建一块空间，并且将两个队列都进行初始化：

代码演示：

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


MyStack* myStackCreate() {
    //先为栈创建一块空间
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(obj == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    //分别对两个队列进行初始化
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}

3.2出栈操作

 题目要求删除之后返回栈顶的元素。

栈的功能是先入后出，然而队列的功能是先入先出，那么我们该怎么操作呢？我们现在有两个队列，出栈是出的最后一个数据（第n个数据），我们可以先将一个队列的前n-1个数据依次插入到另外一个队列中（每插入一个然后再删除一个），这时原来的队列中就剩下最后一个数据，这时再将最后一个数据删除，这样子就达成了出栈时出最后一个数据的操作：我们在这里先假设第一个队列为空，第二个队列不为空，然后进行判断，如果不符合就交换，然后就是导数据的过程，然后就可以进行删除了：

 代码演示：

int myStackPop(MyStack* obj) {
    //假设q1为空
    //q2不为空
    Queue* pEmptyQ = &obj->q1;
    Queue* pNoEmptyQ = &obj->q2;
    //判断是否正确，不正确则交换
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        pEmptyQ = &obj->q2;
        pNoEmptyQ = &obj->q1;
    }
    //导数据
    //一直取到第Size-1个，这时就剩下的最后一个数据
    while(QueueSize(pNoEmptyQ) > 1)
    {
        //将不为空的队列中的数据插入到为空的队列
        QueuePush(pEmptyQ, QueueFront(pNoEmptyQ));
        QueuePop(pNoEmptyQ);
    }
    //删除最后一个数据
    int top = QueueFront(pNoEmptyQ);
    QueuePop(pNoEmptyQ);
    return top;
}

3.3压栈操作

由于我们是用两个队列来实现栈的功能，所以压栈操作也就是插入数据的操作需要将数据插入到队列中，那么怎么插入呢？对应前面的删除，我们需要将数据插入到不为空的队列中，那么第一次插入的时候两个队列都为空，这时随便插入即可：

代码演示：

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //判断是否为空
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}

3.4获取栈顶元素

这里的栈顶的元素就表示的是不为空的队列中的队尾的数据，所以只需要将不为空的队列的队尾的数据直接返回：

代码实现：

int myStackTop(MyStack* obj) {
    //q1不为空返回q1的队尾数据
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    //q2不为空返回q2的队尾数据
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

3.5判断栈是否为空

判断栈是否为空就是判断两个队列是否为空：

代码演示：

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

3.6释放栈 

对栈的释放我们先要销毁实现栈的两个队列，然后再将栈空间释放：

代码实现：

void myStackFree(MyStack* obj) {
    //先销毁两个队列
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    //再释放栈空间
    free(obj);
}

 4.完整代码

//链式结构：表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

//队列的结构
typedef struct Queue
{
	//头指针
	QNode* phead;
	//尾指针
	QNode* ptail;
	//队列中有效元素个数
	int size;
}Queue;


//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

//检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//对头出队列
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//获取队尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//获取队列有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->phead = NULL;
	pq->ptail= NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁队列
void QueueDestroy(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;
}

//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	
	//创建新的结点
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;

	//第一次尾插
	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);

		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	//有效元素++
	pq->size++;
}

//检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	//1.判断头、尾指针
	/*
	return pq->phead == NULL
		&& pq->ptail == NULL;
	*/

	//2.判断有效元素个数
	return pq->size == 0;
}

//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//判空
	assert(!QueueEmpty(pq));

	//一个结点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		//直接释放
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	//多个结点
	else
	{
		//记录头的下一个
		QNode* Next = pq->phead->next;
		//释放
		free(pq->phead);
		//更新头结点
		pq->phead = Next;
	}
	
	pq->size--;
}

//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//先判空
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->phead->data;
}

//获取队尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//先判空
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->ptail->data;
}

//获取队列有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}


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


MyStack* myStackCreate() {
    //先为栈创建一块空间
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(obj == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    //分别对两个队列进行初始化
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //判断是否为空
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    //假设q1为空
    //q2不为空
    Queue* pEmptyQ = &obj->q1;
    Queue* pNoEmptyQ = &obj->q2;
    //判断是否正确，不正确则交换
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        pEmptyQ = &obj->q2;
        pNoEmptyQ = &obj->q1;
    }
    //导数据
    //一直取到第Size-1个，这时就剩下的最后一个数据
    while(QueueSize(pNoEmptyQ) > 1)
    {
        //将不为空的队列中的数据插入到为空的队列
        QueuePush(pEmptyQ, QueueFront(pNoEmptyQ));
        QueuePop(pNoEmptyQ);
    }
    //删除最后一个数据
    int top = QueueFront(pNoEmptyQ);
    QueuePop(pNoEmptyQ);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    //q1不为空返回q1的队尾数据
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    //q2不为空返回q2的队尾数据
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

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

void myStackFree(MyStack* obj) {
    //先销毁两个队列
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    //再释放栈空间
    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);
*/

今天的博客就分享到这里，喜欢的老铁留下你的三连，感谢感谢！我们下期再见！！

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