前言：上一篇我们介绍了顺序表和链表

（https://blog.csdn.net/iiiiiihuang/article/details/132615465?spm=1001.2014.3001.5501），

这一篇我们将介绍栈和队列，栈和队列都是基于顺序表和链表来实现的

栈（Stack）

什么是栈？

栈的方法和使用

栈的模拟实现

先初始化一下栈

往栈里插入元素（push)

栈是否为空(empty)

弹出栈顶元素（删除）(pop)

获取栈顶元素 (peek)

模拟实现完整代码

栈的应用场景

1. 改变元素的序列

2. 将递归转化为循环

补充：

队列（Queue）

什么是队列？

队列的方法

队列模拟实现

初始化

offer

poll

peek

完整代码（链式队列）

循环队列

认识循环队列

如何把数组看作是一个循环呢？（rear 从 7 --> 0)

设计一个循环队列（https://leetcode.cn/problems/design-circular-queue/）

初始化

判断队列是否是空的，和是否是满的

入队

出队

得到队头元素

得到队尾元素

完整代码：（循环队列）

双端队列 (Deque)

（面试题） 1. 用队列实现栈 2. 用栈实现队列

1. 用队列实现栈

代码实现：

入栈

出栈

获取栈顶元素

判断栈空

完整代码

2. 用栈实现队列

我直接上代码了：

栈（Stack）

什么是栈？

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。

后进先出原则：先进的后出，后进的先出 。我们举一个生活中的例子

比如这有个圆筒，一端封闭，一端开口，然后往圆筒里放乒乓球：

你想拿乒乓球，先拿到的肯定是后放的，那如果你想要拿到最底下的，你肯定得把上面的都拿走才行。也就是 栈的后进先出原则（先进的后出，后进的先出）

栈的方法和使用

栈的方法很少，只有这些：

使用（没什么好说的😁😁）

栈的模拟实现

栈这种数据结构可以用数组来实现，也可以用链表来实现，这里我们用数组实现。

先初始化一下栈

往栈里插入元素（push)

和顺序表异曲同工，先看看满没满，满了要扩容，再入栈

栈是否为空(empty)

弹出栈顶元素（删除）(pop)

就很简单（顺序表那搞懂，这些方法很简单的）

获取栈顶元素 (peek)

模拟实现完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

/**
 * @Author: iiiiiihuang
 */
public class MyStack {
    private int[] elem;
    private int usedSize;
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认容积
    public MyStack() {
        this.elem = new int[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    /**
     * 往栈里插入元素
     * @param val
     */
    public void push(int val) {
        isFull();
        this.elem[usedSize] = val;
        usedSize++;
    }
    private void isFull() {
        if(usedSize == this.elem.length) {
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem, 2*this.elem.length);
        }
    }

    /**
     * 弹出栈顶元素
     * @return
     */
    public int pop() {
        if(empty()) {
            throw new EmptyException("栈为空");
        }
        int pop = this.elem[usedSize - 1];
        usedSize--;
        return pop;
    }

    /**
     * 获取栈顶元素
     * @return
     */
    public int peek() {
        if(empty()) {
            System.out.println("栈为空");
            return 0;
        }
        int peek = this.elem[usedSize - 1];
        return peek;
    }

    /**
     * 栈是否为空
     * @return
     */
    public boolean empty() {
        return usedSize == 0;
    }
}

栈的应用场景

1. 改变元素的序列

我们去牛客上找两道题做做

根据我们上面介绍，栈遵循 先进后出原则，我们可以得出答案，不可能的出栈顺序是 D 选项

因为F，E出来了，下一个出来的必须是 D，这种情况下C不可能比D先出。

2. 将递归转化为循环

比如逆序打印链表：

1.递归方法

2.循环方法

运行结果

补充：

用数组实现栈，出栈，入栈，都是O(1),

那用链表如何实现栈呢？

1.假设用单链表（单向）实现栈：

尾插：

入栈：尾插法入栈是 O(n)

出栈：因为栈后进的先出，这就相当于删除链表的尾巴节点，时间复杂度还是O(n);

头插：

入栈：头插法 O(1)

出栈：相等于删除头节点，时间复杂度O(1)

2.假设用双向链表实现栈：（前后都能找到）

尾插：

入栈：尾插法入栈是 O(1)

出栈：时间复杂度还是O(1)，

头插：

入栈：头插法 O(1)

出栈：时间复杂度O(1)

上述我们可知，用链表实现栈时，双向链表实现栈是最好的，不管从那边入栈，出栈时间复杂度都是O(1)。

那使用链式栈时就可以这样使用：如果这是个栈，那peek的内容就是 4.

是 4.

那为啥会这样，你看LinkedList,里本来就有栈里的一些方法，push.....

push 用的是头插法

所以如果是顺序栈，你可以用Stack, 如果是链式栈，你就用LinkedList

队列（Queue）

什么是队列？

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出 FIFO(First In First Out)

入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear） 出队列：进行删除操作的一端称为队头

举例说明：

假如有一条单行隧道，车辆必须从入口进（入队列），从出口出（出队列）。那先驶出隧道的车辆肯定是先进去的，后驶出的肯定是后进去的，这就是 队列的先进先出原则

通过上述介绍，我们发现我们可以把 双向链表当成是一个队列，(单链表也行，双链表更简单)

队尾进，队头出，时间复杂度O(1)

ps:Queue 普通队列，Deque 双端队列（两边都可以进出），LinkedList 可以当作普通队列，双端队列，链表，栈（究极打工人😭😭😭）

队列的方法

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

队列方法少的嘞

offer (入队列)

peek

poll

.........

add，remove ，element (和peek一个意思）是一组

offer, poll, peek 是一组

队列模拟实现

队列的实现使用顺序结构和链式结构都行，但链式结构更简单一点。

我们这里拿双链表去写 (前面的链表学会了，这里很简单的，信手拈来）

初始化

offer

调试一看插进去了

poll

peek

完整代码（链式队列）

/**
 * @Author: iiiiiihuang
 */
public class MyQueue {
    static class ListNode {
        private int val;
        private ListNode prev;
        private ListNode next;
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    private ListNode front;//头
    private ListNode rear;//尾
    private int usedSize;//计数

    /**
     * 插入--- 头插法
     * @param val
     */
    public void offer(int val) {
        ListNode node = new ListNode(val);
        if(front == null) {
            front = node;
            rear = node;
        } else {
            node.next = front;
            front.prev = node;
            node = front;
        }
        usedSize++;
    }

    /**
     * 删除 -- 尾删
     * @return
     */
    public int poll() {
        if(front == null) {
            throw new EmptyException("队列为空");
        }
        if(front == rear) {
            int poll = front.val;
            front = null;
            rear = null;
            usedSize--;
            return poll;
        }
        int poll = rear.val;
        rear = rear.prev;
        rear.next = null;
        usedSize--;
        return poll;
    }

    /**
     * 获取队头
     * @return
     */
    public int peek() {
        if(front == null) {
            throw new EmptyException("队列为空");
        }
        return rear.val;
    }
}

循环队列

实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。
环形队列通常使用数组实现。

认识循环队列

。。。。。

这就有意思了，

front 和 rear 第一次在一起的时候 队列是空的，第二次 在一起的时候是队列是满的

那这怎么判断呢，其实有很多方法去判断

1.计数 usedSize == len

2.标记，flag

3.浪费一个空间来区分（常用）

浪费一个空间，就类似下面这样

如何把数组看作是一个循环呢？（rear 从 7 --> 0)

就是把 rear ++ 换成 （rear + 1 ）% len （余数肯定都是小于 len的（len 数组长度）），rear++ 会越界的 (看不懂自己带数据算算)

设计一个循环队列（https://leetcode.cn/problems/design-circular-queue/）

根据这个来

初始化

判断队列是否是空的，和是否是满的

入队

出队

得到队头元素

得到队尾元素

不能直接rear - 1哦

那现在我们放到力扣里运行一下（链接在上边）

错了！！！为什么，我们看看我什么

数组容量是 3 ，预期结果成功插入了 3个，而我们的程序，只能插入两个，因为我们的浪费掉了一个空间。

所以我们应该多给一个空间：

在运行一下，通过了，当然你要是觉得这样奇怪，你也可以用 usedSize,很多方法啦😎😎

完整代码：（循环队列）

class MyCircularQueue {

    private int[] elem;
    private int front;//头
    private int rear;//尾
    public MyCircularQueue(int k) {
        this.elem = new int[k + 1];
    }
    
    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()) {
            return false;
        }
        elem[rear] = value;
        rear = (rear + 1) % elem.length;
        return true;
    }
    
    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()) {
            return false;
        }
        front = (front + 1) % elem.length;
        return true;
    }
    
    public int Front() {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int ret = elem[front];
        return ret;
    }
    
    public int Rear() {
         if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int index = (rear == 0) ? elem.length - 1 : rear - 1;//不能直接rear - 1哦
        return elem[index];
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        return front == rear;
    }
    
    public boolean isFull() {
        if((rear + 1) % this.elem.length == front) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

双端队列 (Deque)

双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque 是 “double ended queue” 的简称。
那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口

1. Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();//双端队列的线性实现（数组）
2. Deque<Integer> queue = new LinkedList<>();//双端队列的链式实现

（面试题） 1. 用队列实现栈 2. 用栈实现队列

1. 用队列实现栈

225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）

1.首先一个栈是不够用的，它俩的出栈原则不一样，栈先进后出，队列先进先出，一个队列实现不了呀，对不上。

2.所以我们需要两个队列，当 2 个队列都为空的时候，说明模拟栈为空。

3.当要出栈的时候，（出 45 ），我们要把 12，23，34，入到第二个队列里去，然后再把第一个队列里的 45 出队列，

结论就是，”出栈“的时候出不为空的队列，出队列size - 1 个（俩队列轮流），最后那一个就是我们要 ”出栈“的元素

4.“入栈” 的时候入到不为空的队列

思路有了，我们开始写代码：

代码实现：

入栈

出栈

用for 循环的时候注意一下，不要写成 i < queue.size() - 1,因为queue.size()一直在变。你先记录一下

获取栈顶元素

我们可以定义一个临时量，来存放栈顶元素

里面的元素一直被覆盖，那最后出队列的元素，就覆盖了之前的全部元素，就是栈顶元素。

注意：这里可别写成 queue1.offer(queue2.poll), 跳两回啦。

判断栈空

完美通过

完整代码

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

/**
 * @Author: iiiiiihuang
 */
public class MyStack {
    private Queue<Integer> queue1;
    private Queue<Integer> queue2;
    public MyStack() {
        queue1 = new LinkedList<>();
        queue2 = new LinkedList<>();
    }

    /**
     * 入栈操作
     * @param x
     */
    public void push(int x) {
        if(!queue1.isEmpty()){
            queue1.offer(x);
        } else if(!queue2.isEmpty()) {
            queue2.offer(x);
        }else {
            queue1.offer(x);
        }
    }

    /**
     * 出栈
     * @return
     */
    public int pop() {
        //先判断栈空不空
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!queue1.isEmpty()) {
            int len = queue1.size() - 1;
            while (len > 0) {
                int tmp = queue1.poll();
                queue2.offer(tmp);
                len--;
            }
            return queue1.poll();
        } else {
            int len = queue2.size() - 1;
            while (len > 0) {
                int tmp = queue2.poll();
                queue1.offer(tmp);
                len--;
            }
            return queue2.poll();
        }
    }

    /**
     * 获取栈顶元素
     * @return
     */
    public int top() {
        int tmp = -1;
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!queue1.isEmpty()) {
            int len = queue1.size();
            while (len > 0) {
                tmp = queue1.poll();
                queue2.offer(tmp);
                len--;
            }
            return tmp;
        } else {
            int len = queue2.size();
            while (len > 0) {
                tmp = queue2.poll();
                queue1.offer(tmp);
                len--;
            }
            return tmp;
        }
    }

    public boolean empty() {
        return queue1.isEmpty() && queue2.isEmpty();
    }
}

2. 用栈实现队列

232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）

思路差不多

1.两个栈实现，同理

2.入队的时候把所有元素全部放到第一个栈当中

3.出队的时候把所有的元素全部倒到第二个栈当中，然后出第二个栈顶元素就行了.（记得判空）

我直接上代码了：

import java.util.Stack;

/**
 * @Author: iiiiiihuang
 */
public class MyQueue {
    private Stack<Integer> stack1;
    private Stack<Integer> stack2;

    public MyQueue() {
        stack1 = new Stack<>();
        stack2 = new Stack<>();
    }

    public void push(int x) {
        stack1.push(x);
    }

    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.pop();
    }

    public int peek() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.peek();
    }

    public boolean empty() {
        return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
    }
}