[LeetCode]栈,队列相关题目(C语言实现)

文章目录

  • LeetCode20. 有效的括号
  • LeetCode225. 用队列实现栈
  • LeetCode232. 用栈实现队列
  • LeetCode622. 设计循环队列

LeetCode20. 有效的括号

题目

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

要求

有效字符串需满足：

左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

思路
用栈实现

  1. 如果是左括号, 直接将左括号入栈
  2. 如果是右括号, 如果此时栈为空, 返回 false; 将栈顶元素弹出栈, 如果栈顶元素不是对应的左括号, 返回 false; 如果栈顶元素是对应左括号, 出栈
  3. 遍历完字符串, 判断此时栈是否为空. 为空返回 true; 不为空返回 false

代码实现

#define N 10000
bool isValid(char * s)
{char stack[N] = {0,};   //创建栈数组int top = 0;            //top指向栈顶元素的后一个空间char topVal = 0;        //用来存放栈顶元素while (*s){//如果是左括号if (*s == '{' || *s == '(' || *s == '['){//入栈stack[top] = *s;top++;}//如果是右括号else{//如果此时栈为空, 直接返回falseif (top == 0){return false;}topVal = stack[top - 1];    //得到栈顶元素top--;  //栈顶元素出栈//如果右括号不是其对应的左括号, 直接返回falseif ((*s == ']' && topVal != '[')|| (*s == ')' && topVal != '(')|| (*s == '}' && topVal != '{')){return false;}}s++;}//如果遍历完字符串, 栈仍为空, 则返回trueif (top == 0)return true;elsereturn false;
}

LeetCode225. 用队列实现栈

题目

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）。

OJ链接

要求

实现 MyStack 类：

void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
int pop() 移除并返回栈顶元素。
int top() 返回栈顶元素。
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

思路

  1. 使用两个队列,一个队列no_empty_que存放已经存放的元素,另一个队列empty_que常空
  2. 当要压栈的时候,将元素压入no_empty_que
  3. 当要出栈的时候,将no_empty_que中除队尾元素全部存入empty_que,将队尾元素移出

实例
在这里插入图片描述

代码实现

typedef int QDataType;// 链式结构表示队列
typedef struct QListNode
{struct QListNode* next;QDataType data;
}QNode;// 队列的结构
typedef struct Queue
{QNode* front;    //指向队列头QNode* rear;     //指向队列尾int size;        //记录队列的元素个数
}Queue;// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{assert(q);  //确保q合法q->front = q->rear = NULL;  //将头和为置为 NULL q->size = 0;
}// 判断队列是否为空, 如果为空返回非0, 非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q)
{assert(q);  //确保q合法if (q->size == 0){return 1;}else {return 0;}
}// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType x)
{assert(q);  //确保q合法//创建新结点QNode* newNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));newNode->data = x;newNode->next = NULL;//入队列if (QueueEmpty(q)){//如果队列为空,直接赋值q->front = q->rear = newNode;}else {//如果队列不为空,直接尾插q->rear->next = newNode;q->rear = newNode;}q->size++;
}// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);  //确保q合法assert(!QueueEmpty(q)); //确保队列不为空if (q->size == 1){//如果只有一个元素,头删的同时还要将尾指针置空free(q->front);q->front = q->rear = NULL;}else {//如果不止一个元素,则只头删QNode* nextNode = q->front->next;free(q->front);q->front = nextNode;}q->size--;
}// 获取头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{assert(q);  //确保q合法assert(!QueueEmpty(q)); //确保队列不为空return q->front->data;
}// 获取尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* q)
{assert(q);  //确保q合法assert(!QueueEmpty(q)); //确保队列不为空return q->rear->data;
}// 获取队列元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{assert(q);  //确保q合法return q->size;
}// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{assert(q);while(!QueueEmpty(q)){QNode* nextNode = q->front->next;free(q->front);q->front = nextNode;}q->front = q->rear = NULL;q->size = 0;
}//用两个队列构成一个栈
typedef struct 
{Queue queue1;Queue queue2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate() 
{MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&pst->queue1);QueueInit(&pst->queue2);return pst;
}void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{if (!QueueEmpty(&obj->queue1)){QueuePush(&obj->queue1, x);}else{QueuePush(&obj->queue2, x);}
}int myStackPop(MyStack* obj) 
{Queue* no_empty_que = &obj->queue1;Queue* empty_que = &obj->queue2;if (!QueueEmpty(&obj->queue2)){no_empty_que = &obj->queue2;empty_que = &obj->queue1;}//弹出有元素的队列直至只剩一个元素while (QueueSize(no_empty_que) > 1){QueuePush(empty_que, QueueFront(no_empty_que));QueuePop(no_empty_que);}int pop = QueueFront(no_empty_que);QueuePop(no_empty_que);return pop;
}int myStackTop(MyStack* obj) 
{if (!QueueEmpty(&obj->queue1)){return QueueBack(&obj->queue1);}else{return QueueBack(&obj->queue2);}
}bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{return QueueEmpty(&obj->queue1) && QueueEmpty(&obj->queue2);
}void myStackFree(MyStack* obj) 
{QueueInit(&obj->queue1);QueueInit(&obj->queue2);free(obj);
}

LeetCode232. 用栈实现队列

题目

你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：OJ链接

要求

实现 MyQueue 类：

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false

思路

  1. 使用两个栈,一个专门负责压入数据push_stack,另一个专门负责弹出数据pop_stack
  2. 当push数据,直接将数据压入push_stack
  3. 当pop数据,如果pop_stack为空,先将push_stack中的数据压入,pop_stack,再接将pop_stack的栈顶弹出

实例
在这里插入图片描述

代码实现

typedef int STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;  //指向栈空间int top;        //栈顶int capacity;   //容量
}Stack;// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;     ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}//入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{assert(ps);       //确保ps合法//如果容量不够则扩容if (ps->capacity == ps->top){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;   //定义新的容量STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);  //开辟新的空间if (tmp == NULL){perror("malloc error");exit(-1);}else {ps->a = tmp;ps->capacity = newCapacity;}}//将数据入栈ps->a[ps->top] = data;ps->top++;
}// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps); //确保ps合法assert(!StackEmpty(ps));  //确保栈不为空ps->top--;}// 检测栈是否为空, 如果为空返回非零结果, 如果不为空返回 0
int StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps); //确保ps合法if (ps->top > 0){return 0;}else {return 1;}
}// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps);   //确保ps合法assert(!StackEmpty(ps));  //确保栈不为空return ps->a[ps->top - 1];
}// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);   //确保ps合法return ps->top;
}// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps); //确保ps合法free(ps->a);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}typedef struct 
{Stack push_stack;Stack pop_stack;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() 
{MyQueue* que = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));StackInit(&que->push_stack);StackInit(&que->pop_stack);return que;
}void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) 
{StackPush(&obj->push_stack, x);
}int myQueuePop(MyQueue* obj) 
{int pop = myQueuePeek(obj);StackPop(&obj->pop_stack);return pop;
}int myQueuePeek(MyQueue* obj) 
{//如果pop_stack是空的话,将push_stack的所有元素入pop_stackif (StackEmpty(&obj->pop_stack)){while (!StackEmpty(&obj->push_stack)){StackPush(&obj->pop_stack, StackTop(&obj->push_stack));StackPop(&obj->push_stack);}}//如果pop_stack不是空,直接取栈顶元素int peek = StackTop(&obj->pop_stack);return peek;
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) 
{return StackEmpty(&obj->push_stack) && StackEmpty(&obj->pop_stack);
}void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{StackDestroy(&obj->push_stack);StackDestroy(&obj->pop_stack);free(obj);
}

LeetCode622. 设计循环队列

题目

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。OJ链接

要求

你的实现应该支持如下操作：

MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
isFull(): 检查循环队列是否已满。

思路

  1. 为了确保方便判断空和满情况,将循环队列的空间比设定长度加1
  2. 入队列和出队列相关front和rear不是简单的加一或减一
  3. rear指向队尾下一个空间,front指向队头元素

代码实现

typedef struct 
{int* a;     //存放队列元素int front;  //指向队头元素int rear;   //指向队尾下一个元素int k;      //循环队列的大小
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{MyCircularQueue* cq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));cq->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));cq->front = cq->rear = 0;cq->k = k;return cq;
}bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{return obj->front == obj->rear;
}bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) == obj->front;
}bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{//如果满了,插入失败if (myCircularQueueIsFull(obj)){return false;}//如果不满,进行插入,注意rear的大小obj->a[obj->rear] = value;obj->rear = (obj->rear + 1) % (obj->k + 1);return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{//如果没有元素,删除失败if (myCircularQueueIsEmpty(obj)){return false;}//直接修改front的值即可obj->front = (obj->front + 1) % (obj->k + 1);return true;
}int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{if (myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}return obj->a[obj->front];
}int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{if (myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}return obj->a[(obj->rear + obj->k) % (obj->k + 1)];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{free(obj->a);free(obj);
}

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