数据结构-栈和队列力扣题

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有效的括号

用队列实现栈

 用栈实现队列

 设计循环队列

有效的括号

题目链接：力扣（LeetCode）

思路： 这道题可以用栈来解决，先让字符串中的左括号' ( '，' [ '，' { '入栈，s指向字符串下一个字符，如果该字符也是左括号，那就继续入栈，如果是右括号，那就让其与栈顶元素相匹配（每次都要弹出栈顶元素），匹配上了，继续循环，匹配不上就返回false，注意在每次返回false之前都要销毁栈。

还要考虑极端情况，如果全是左括号，我们要在代码最后进行判空，不为空，返回false，同时，这次判空也能解决前面几对都匹配上，只有最后一个左括号没匹配上的问题（例如："()[]{}{"）。

如果全是右括号，说明整个过程中没有入栈元素，此时判空，如果为空返回false，同时，这次判空也能解决前面几对都匹配上，只有最后一个右括号没匹配上的问题（例如："()[]{}}"）。

如果用C语言来解题的话，栈需要自己写。

代码如下：

typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{STDatatype* a;int top;int capacity;
}ST;//初始化栈
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->top = 0;pst->capacity = 0;
}//入栈
void STPush(ST* pst, STDatatype x)
{//开辟空间if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(pst->a, sizeof(STDatatype) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}//插入pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}
//判空函数
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));pst->top--;
}
//获取栈顶元素
STDatatype STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];
}
//获取栈中有效数据的个数
int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}
//销毁栈
void STDestory(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}bool isValid(char* s) {ST st;STInit(&st);while(*s){if(*s=='('||*s=='['||*s=='{'){STPush(&st,*s);}else{if(STEmpty(&st)){STDestory(&st);return false;}char top=STTop(&st);STPop(&st);if((top!='('&&*s==')')||(top!='['&&*s==']')||(top!='{'&&*s=='}')){STDestory(&st);return false;}}++s;}bool ret=STEmpty(&st);STDestory(&st);return ret;
}

用队列实现栈

题目链接：力扣（LeetCode）

 思路：队列是先入先出，栈是先入后出，要用队列实现栈，我们可以定义两个栈q1和q2，当它们都为空时，随便选一个存入数据，假设q1中有数据1 2 3 4，我们可以把q1中的1 2 3 push进q2中，然后把q1中的4 pop出去，接着把q2中的1 2 push进q1，然后把q2中的3 pop出去，这样循环在q1和q2中倒数据，就实现了4 3 2 1依次出栈，即先入后出。

当我们在出栈的同时，想要入栈，就把数据push进有数据的队列即可。

想要用C语言做这道题，队列的实现代码也要自己写。

注意，我们下列代码是结构体的三层嵌套，所以销毁时要先销毁q1和q2，再销毁obj，如果只销毁obj，由于我们的队列q1和q2中分别有两个头尾指针还有节点，会造成内存泄漏的问题。

它们的关系图如下：

代码如下：

typedef int QDatatype;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDatatype data;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{pq->phead = NULL;pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->ptail == NULL){assert(pq->phead == NULL);pq->phead = pq->ptail=newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}//判空函数
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size ==0 ;
}//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//一个节点//多个节点if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail= NULL;}else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;
}//获取队列头部元素
QDatatype QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->phead->data;
}//获取队列尾部元素
QDatatype QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->ptail->data;
}//获取队列中有效元素个数
int Queuesize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//销毁队列
void DestoryQueue(Queue* pq)
{assert(pq);while (pq->phead){QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate() {MyStack* obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));if(obj==NULL){perror("malloc fail");return NULL;}QueueInit(&obj->q1);QueueInit(&obj->q2);return obj;}void myStackPush(MyStack* obj, int x) {if(!QueueEmpty(&obj->q1)){QueuePush(&obj->q1,x);}else{QueuePush(&obj->q2,x);}
}int myStackPop(MyStack* obj) {Queue* pemptyq=&obj->q1;Queue* pnoemptyq=&obj->q2;if(!QueueEmpty(&obj->q1)){pemptyq=&obj->q2;pnoemptyq=&obj->q1;}while(Queuesize(pnoemptyq)>1){QueuePush(pemptyq,QueueFront(pnoemptyq));QueuePop(pnoemptyq);}int top=QueueFront(pnoemptyq);QueuePop(pnoemptyq);return top;}int myStackTop(MyStack* obj) {if(!QueueEmpty(&obj->q1))return QueueBack(&obj->q1);elsereturn QueueBack(&obj->q2);}bool myStackEmpty(MyStack* obj) {assert(obj);return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);}void myStackFree(MyStack* obj) {DestoryQueue(&obj->q1);DestoryQueue(&obj->q2);free(obj);
}

 用栈实现队列

题目链接：力扣（LeetCode）

思路：这道题用上道题的思路也能实现，但是过于复杂。

简单思路：我们定义两个栈pushst和popst，栈中数据遵循先入后出的原则，如果在pushst中push进去1 2 3 4，那他从栈顶到栈底依次是 4 3 2 1 ，但是如果我们把pushst中的数据再push进popst中，那popst中从栈顶到栈底依次是 1 2 3 4，此时我们只要将popst中的数据按照栈本身先入后出的原则pop出去，就是1 2 3 4，这样就实现了先入先出。如下图：

当我们在出队列的同时，想要入队列，要先等popst中的数据出完才行，所以当popst为空，pushst不为空时，才能把pushst中的数据往popst中push。

代码如下：

typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{STDatatype* a;int top;int capacity;
}ST;//初始化栈
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->top = 0;pst->capacity = 0;
}//入栈
void STPush(ST* pst, STDatatype x)
{//开辟空间if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(pst->a, sizeof(STDatatype) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}//插入pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}
//判空函数
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));pst->top--;
}
//获取栈顶元素
STDatatype STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(!STEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];
}
//获取栈中有效数据的个数
int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}
//销毁栈
void STDestory(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}
typedef struct {ST pushst;ST popst;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));if(obj==NULL){perror("malloc fail\n");return NULL;}STInit(&obj->pushst);STInit(&obj->popst);return obj;
}void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {STPush(&obj->pushst,x);
}int myQueuePop(MyQueue* obj) {int front= myQueuePeek(obj);STPop(&obj->popst);return front;
}int myQueuePeek(MyQueue* obj) {if(STEmpty(&obj->popst)){while(!STEmpty(&obj->pushst)){STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));STPop(&obj->pushst);}}return STTop(&obj->popst);
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {assert(obj);return STEmpty(&obj->pushst)&&STEmpty(&obj->popst);
}void myQueueFree(MyQueue* obj) {STDestory(&obj->pushst);STDestory(&obj->popst);free(obj);
}

 设计循环队列

题目链接：力扣（LeetCode）

思路： 本题用数组队列和链表队列都能实现，在这里我们使用数组队列，首先，要设计一个循环队列，我们就要知道队列什么时候满，什么时候空，空很容易判断，当front=rear时就为空，问题是当我们循环一圈以后，队列已经满了，但此时front也等于rear，所以为了不发生混淆，我们在开辟空间时多开辟一块，假设要存7个数据就开辟8个空间：

此时当rear+1==front时就为满。但这只是上图为了形象展示，实际上在数组中，每存一个数，rear++，但是数组首尾并没有相连，不能用rear+1==front判断是否满了，我们可以用下标rear，当(rear+1)%(k+1)==front时就说明队列满了。

而要在队列中插入数据，每次插入之后下标rear++，但是当队列满了之后，rear就是数组中最后一个下标，这时如果我们在队头出了两个数据，想再往队列里插数据，就要让rear回到开始的位置，所以每次rear++后，让rear=rear%(k+1)，此时再插入，就形成了一个完美的循环，同理，删除数据也一样，每次删完都让front=front%(k+1)。

obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)]这段代码是为了返回队尾元素。

代码如下：

typedef struct {int front;int rear;int k;int*a;
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));obj->front=obj->rear=0;obj->k=k;return obj;
}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) {if( myCircularQueueIsFull(obj))return false;obj->a[obj->rear]=value;obj->rear++;obj->rear=(obj->rear)%(obj->k+1);return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return false;obj->front++;obj->front=(obj->front)%(obj->k+1);return true;
}int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;elsereturn obj->a[obj->front];
}int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;elsereturn obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->a);free(obj);
}

栈与队列的内容到这里就结束了，下节开始学习堆与二叉树，

未完待续。。。 

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