教你用栈实现队列怎么写

news2024/11/15 12:11:49

大家好,我是三叔,很高兴这期又和大家见面了,一个奋斗在互联网的打工人。

队列(Queue)和栈(Stack)是两个基本的数据结构。队列是一种先进先出(First-In-First-Out, FIFO)的数据结构,而栈是一种后进先出(Last-In-First-Out, LIFO)的数据结构。有时候,我们需要使用栈来实现队列的功能,即将栈转化为队列。在本篇博客中,笔者将介绍如何使用栈实现队列,并给出相应的Java代码示例。

队列先进先出,很好理解,栈的话是先入后出的结构,如果用栈实现队列,就要使用两个栈,将入栈的元素取出来放进另一个栈中,这样先进去的元素也能先出来。

实现原理:
要使用栈实现队列,我们可以借助两个栈来实现。一个栈用于存储入队的元素,另一个栈用于存储出队的元素。当需要执行入队操作时,将元素压入入队栈中。当需要执行出队操作时,首先检查出队栈是否为空,如果不为空,则直接从出队栈中弹出元素;如果为空,则将入队栈的元素逐个弹出并压入出队栈中,然后再从出队栈中弹出元素。这样,就可以实现队列的先进先出特性。

队列如图所示:放入元素依次是 1 2 3 4 … 如果弹出来,依次是:1 2 3 4 …
在这里插入图片描述
那么如果用栈来实现队列,则需要两个,如图所示:
将第一个栈的元素依次弹出来放进另一个栈中,这样,另一个栈中取出来的元素就和队列的顺序一模一样了,切记:入栈的所有元素要一次性全部取出,这样才能保证出栈入栈的顺序和队列一致!
在这里插入图片描述

上代码!

class MyQueue {// 用栈实现队列
    // 由于栈是先进的后出来,队列是先进的先出,所以这里需要用两个栈来模拟一个进栈,一个出栈
    Stack<Integer> stackIn;
    Stack<Integer> stackOut;

    public MyQueue() {
        stackIn = new Stack<>();
        stackOut = new Stack<>();
    }
    
    // 模拟队列,push向队尾放元素
    public void push(int x) {
        stackIn.push(x);
    }
    
    // 取元素,把所有的入栈元素取出来放进出栈中,模拟队列先进先出
    public int pop() {
        changePlace();// 改变了入栈的顺序
        return stackOut.pop();

    }
    
    // 返回队列开头的元素
    public int peek() {
        // 确定是不是出栈的元素,如果为空,或者入栈还有元素,进行处理,再调用changePlace() 改变顺序
        changePlace();
        return stackOut.peek(); // 现在返回的就是队列的第一个元素
    }
    
    // peek()方法还可以这么写:
    /*
    public int peek() {
        int result = this.pop(); // 调用pop弹出元素
        stackOut.push(result);// 然后再放回去
        return result;// 返回弹出的元素,这样也可以保证只是查看第一个元素
    }
    */
    
    public boolean empty() {
        // 判断出栈 和 入栈的元素都为空,才是真的为空
        return stackIn.isEmpty() && stackOut.isEmpty();
    }

    // 改变出栈和入栈的位置,如果出栈有元素,直接返回,如果出栈为空,再把入栈元素放进出栈,避免出栈还有数据的时候,把入栈放进去,位置变乱
    private void changePlace() {
        if(!stackOut.isEmpty()) {
            return ;
        }
        // 取出入栈的元素放进出栈,这样出栈的元素就能正确让先入栈的元素按先入先出的顺序出来
        while(!stackIn.isEmpty()) {
            // 入栈弹出的元素:stackIn.pop
            stackOut.push(stackIn.pop());
        }
    }
}

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue obj = new MyQueue();
 * obj.push(x);
 * int param_2 = obj.pop();
 * int param_3 = obj.peek();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

最后

在这个构造方法中,我们创建了两个Stack类型的对象:stackIn和stackOut。通过调用new Stack<>()来实例化这两个栈对象。stackIn = new Stack<>()的作用是将新创建的Stack对象分配给stackIn变量,以便在整个类的范围内都可以使用该变量引用栈对象。这样,在创建MyQueue类的对象时,构造方法将会被调用,并且stackIn和stackOut栈对象将被初始化为空栈。通过这样的构造方法,我们为MyQueue类的实例提供了初始状态,并确保在使用栈对象之前它们已经被实例化。

将 new Stack<>() 放在构造方法内部的好处是,它可以确保每个 MyQueue 对象都有自己的独立的 stackIn 和 stackOut 实例。这样,即使创建多个 MyQueue 对象,它们之间的栈对象不会共享,每个对象都有自己独立的栈用于存储数据。

如果将 new Stack<>() 放在类的成员变量声明处(即放在外面),这意味着所有的 MyQueue 对象将共享同一个 Stack 对象,而不是每个对象都有自己的独立实例。这可能导致在并发环境中出现问题,因为多个对象之间共享同一个栈可能会导致数据混乱或错误的行为。

因此,为了确保每个 MyQueue 对象都有自己独立的栈对象,一般会将 new Stack<>() 放在构造方法内部,这样每个对象都有自己的栈实例来存储数据。这样做可以保证对象之间的隔离性和数据的正确性。

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