栈和队列OJ题讲解

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OJ题

  • 用队列实现栈
  • 用栈实现队列
  • 设计循环队列

用队列实现栈

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队列是先进先出，而栈是先进后出，那我们怎么用两个队列来实现一个栈呢？

我们想要出数据的话，由于要实现的是栈，所以要后进先出，所以我们需要出4，但是由于他是队列，只能出1，但是我们有两个队列，我们假设队列一中有size个数据，那我们只需要将size-1个都放到另一个队列里面，然后在出掉最后一个就可以了。

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如果需要入数据的话，我们就在不为空的那个队列后面入数据。
大概思想知道以后，我们就可以上手写代码了。（由于C语言没有队列，所以我们需要先拷贝一份我们之前写好的队列）

typedef int QDataType;typedef struct QNode
{QDataType date;struct QNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;int size;
}Queue;//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//出队列
void QueuePop(Queue* pq);//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);//获取队头尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);//获取队列中有效数据的个数
int QueueSize(Queue* pq);//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);//销毁队列
void QueuDestroy(Queue* pq);//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = NULL;pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->date = x;newnode->next = NULL;if (pq->head == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->size++;
}//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}	pq->size--;
}//获取队头的元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->head->date;
}//获取队头尾的元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->tail->date;
}//获取队列中有效数据的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}//销毁队列
void QueuDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;}//上面是我们自己的队列
//
typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate() 
{MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&obj->q1);QueueInit(&obj->q2);return obj;
}void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{//Push到不为空的队列中if(!QueueEmpty(&obj->q1)){QueuePush(&obj->q1,x);}else{QueuePush(&obj->q2,x);}
}int myStackPop(MyStack* obj) 
{//假设q1不为空Queue* noEmpty = &obj->q1;Queue* Empty = &obj->q2;//如果假设错误，修改if(QueueEmpty(&obj->q1)){noEmpty = &obj->q2;Empty = &obj->q1;}//到数据int x = QueueFront(noEmpty);while(noEmpty->size>1){QueuePush(Empty,x);QueuePop(noEmpty);x = QueueFront(noEmpty);}//此时x就保存了最后一个数据，pop掉，返回就可以QueuePop(noEmpty);return x;
}int myStackTop(MyStack* obj) 
{//返回不为空的队列的尾if(QueueEmpty(&obj->q1)){return QueueBack(&obj->q2);}else{return QueueBack(&obj->q1);}
}bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{//两个队列都为空，栈才为空return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}void myStackFree(MyStack* obj) 
{QueuDestroy(&obj->q1);QueuDestroy(&obj->q2);free(obj);
}

本题逻辑比较简单，但是结构很强，需要好好理解消化。

用栈实现队列

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这个题和第一个题很相似，是用两个栈实现一个队列。

那这又怎么操作呢？

我们同样push数据时，如果两个都为空的话都可以push，但是如果出数据的话，由于需要先进先出，所以需要将不为空的那个栈的数据放到另一个栈中。

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接下来另一个栈的数据是不是就满足我们需要的顺序了，正好1先进的1先出，接着是2,3,4,那如果没出的话接着push数据呢，我们只需要将数据还push到原来的呢个栈，这是我们不难发现只要当第二个栈的数据出完之后，然后将原本那个栈的数据倒过来就可以了。这个个队列不一样的是，不用每次都倒数据，我们可以将第一个栈叫push栈，第二个栈叫pop栈，然后当pop栈为空时，就将数据倒过来，接着出就可以了，如果两个栈都空了，那说明我们的队列就空了。

代码如下;

typedef int STDateType;typedef struct Stack
{STDateType* arr;int top;int capacity;
}Stack;// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x);// 出栈
void StackPop(Stack* ps);// 获取栈顶元素
STDateType StackTop(Stack* ps);// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);// 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
bool StackEmpty(Stack* ps);// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDateType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDateType* pa = (STDateType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDateType));if (ps == NULL){perror("realloc fail");exit(-1);}ps->arr = pa;ps->capacity = newcapacity;}ps->arr[ps->top] = x;ps->top++;
}// 出栈
void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps);assert(ps ->top > 0);ps->top--;
}// 获取栈顶元素
STDateType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->arr[ps->top - 1];
}// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}// 检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0 ? true : false;
}// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}
//我们自己的栈
/
typedef struct 
{Stack Stackpush;Stack Stackpop;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() 
{MyQueue* obj= (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));StackInit(&obj->Stackpush);StackInit(&obj->Stackpop);return obj;
}void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) 
{StackPush(&obj->Stackpush,x);
}int myQueuePeek(MyQueue* obj) 
{//如果Pop栈为空就倒数据if(StackEmpty(&obj->Stackpop)){while(!StackEmpty(&obj->Stackpush)){StackPush(&obj->Stackpop,StackTop(&obj->Stackpush));StackPop(&obj->Stackpush);}}return StackTop(&obj->Stackpop);
}int myQueuePop(MyQueue* obj) 
{//调用返回队头的元素，并且判断了Pop栈是否为空int x = myQueuePeek(obj);StackPop(&obj->Stackpop);return x;
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return StackEmpty(&obj->Stackpop)&&StackEmpty(&obj->Stackpush);
}void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{StackDestroy(&obj->Stackpop);StackDestroy(&obj->Stackpush);free(obj);
}

这两个题逻辑非常简单，但是都对我们对结构的了解有很大的挑战。

设计循环队列

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循环队列我们也可以用数组实现，也可以用链表实现，但是使用链表我们构造链表也是一件很麻烦的事情，而且当队列满时和队列空时情况一样，我们会很难区分，但是用链表也是可以实现的，但是我们这里介绍用数组实现。

我们这里需要K个空间，但是我们多开一个空间不存储数据，方便我们来区别空和满的情况。

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我们可以看到空队列时front是和rear相等的。

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当满队列时rear+1就等于front了。

设计这个循环队列，当rear超过K+1是我们就要让他回到0出，我们可以用if判断，也可以用取模操作。我们入数据就在rear位置入，出数据只需要将front++就可以了但是front也可能会越界。所以也需要取模操作。

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这种情况front就可能越界，所以在写代码是要控制好边界。

代码如下：

typedef struct 
{int* a;int front;int rear;int k;
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{MyCircularQueue* Mq = ( MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));Mq->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));Mq->front = 0;Mq->rear = 0;Mq->k = k;return Mq;
}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++;//防止front越界obj->front = obj->front%(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;}//obj->read==0的话应该是返回k那个位置的return obj->rear==0?obj->a[obj->k]:obj->a[obj->rear-1];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->a);free(obj);
}

今天的分享就到这里结束了，感谢大家的关注和支持。

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