在数据结构中,栈和队列是较为常见的两种数据结构。他们各有自己的特点:栈是后进先出原则,队列是先进先出原则。那怎么用栈去实现队列呢?此问题在面试中也是高频出现的问题。本篇文章会给出详细解释。
一、栈实现队列的特点分析
1、1 具体分析
队列和栈在插入数据时,队列是从队尾进行插入,栈是从栈顶插入。但是他们的删除数据是不同的。我们知道队列的特点是:先新先出 ,删除数据是在对头进行删除,栈的特点是:先进后出,也就是在栈顶进行删除。
当我们用栈实现队列时,最根本的也是最重要的是需要解决删除的问题。我们用栈实现队列时,在栈中的删除就不是删除栈顶的元素了,我们需要根据队列的特点进行删除,也就是我们需要删除的是栈底的元素。
怎么删除栈底的元素呢?在这里我们需要两个栈,分别命名为push栈和pop栈。我们先把元素的插入全部插入到push栈中,当需要删除时,我们首先把push栈中的元素全部导入到pop栈中,此时的pop栈中的栈顶元素,相当于我们要删除的对头元素了。
那如果我们想要接着插入呢?我们接着往push栈中插入即可。删除的话我们看pop栈中是否有元素,如果pop栈不为空,就接着删除,如果pop栈为空,我们需要把push栈的元素再次导入到pop栈中删除即可。具体流程我们可以结合下图(gif)理解:
1、2 整体概括
用栈模拟队列我们整体的思路分为以下几步:
我们需要先定义两个栈,分别为push栈和pop栈;
插入数据到往push栈中;
删除数据时,需要先判断pop栈是否为空。如果为空,需要将push栈的所有数据导入到pop栈中。如果不为空,就直接在pop栈删除即可。
再插入数据时,就往push栈中插入即可。
以上即为用栈模拟队列的全过程,那我们来看代码的实现。
二、用栈模拟队列代码的实现
这里我们用c语言进行实现。所以我们这里需要先手撕出一个栈。
2、1 手撕 栈 代码
2、1、1 stack.h
#define INT_CAPACITY 4 typedef int STDataType; typedef struct stack { STDataType* a; int top; int capacity; }ST; void STInit(ST* ps); void STDestory(ST* ps); bool STIsEmpty(ST* ps); void STPush(ST* ps, STDataType x); void STPop(ST* ps); int STSize(ST* ps); STDataType STTop(ST* ps);
2、1、2 stack.c
void STInit(ST* ps) { assert(ps); ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* INT_CAPACITY); if (ps->a == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } ps->top = 0; ps->capacity = INT_CAPACITY; } void STDestory(ST* ps) { assert(ps); free(ps->a); ps->capacity = 0; ps->top = 0; } bool STIsEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps->top==0; } void STPush(ST* ps, STDataType x) { assert(ps); if (ps->top == ps->capacity) { STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity * 2); if (tmp == NULL) { perror("realloc fail"); exit(-1); } ps->a = tmp; ps->capacity *= 2; } ps->a[ps->top++] = x; } void STPop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STIsEmpty(ps)); ps->top--; } int STSize(ST* ps) { assert(ps); return ps->top; } STDataType STTop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STIsEmpty(ps)); return ps->a[ps->top - 1]; }
2、2 用栈实现队列代码
这个是OJ链接( 用栈实现队列 - OJ链接(力扣)),大家可以直接点开链接用其他语言做一下。我们看C语言的代码实现。
#define INT_CAPACITY 4 typedef int STDataType; typedef struct stack { STDataType* a; int top; int capacity; }ST; void STInit(ST* ps); void STDestory(ST* ps); bool STIsEmpty(ST* ps); void STPush(ST* ps, STDataType x); void STPop(ST* ps); int STSize(ST* ps); STDataType STTop(ST* ps); void STInit(ST* ps) { assert(ps); ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* INT_CAPACITY); if (ps->a == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } ps->top = 0; ps->capacity = INT_CAPACITY; } void STDestory(ST* ps) { assert(ps); free(ps->a); ps->capacity = 0; ps->top = 0; } bool STIsEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps->top==0; } void STPush(ST* ps, STDataType x) { assert(ps); if (ps->top == ps->capacity) { STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * ps->capacity * 2); if (tmp == NULL) { perror("realloc fail"); exit(-1); } ps->a = tmp; ps->capacity *= 2; } ps->a[ps->top++] = x; } void STPop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STIsEmpty(ps)); ps->top--; } int STSize(ST* ps) { assert(ps); return ps->top; } STDataType STTop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STIsEmpty(ps)); return ps->a[ps->top - 1]; } typedef struct { ST StackPop; ST StackPush; } MyQueue; MyQueue* myQueueCreate() { MyQueue* obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue)); STInit(&obj->StackPop); STInit(&obj->StackPush); return obj; } void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) { STPush(&obj->StackPush,x); } int myQueuePeek(MyQueue* obj) { if(STSize(&obj->StackPop)==0) { while(STSize(&obj->StackPush)!=0) { STPush(&obj->StackPop,STTop(&obj->StackPush)); STPop(&obj->StackPush); } } return STTop(&obj->StackPop); } int myQueuePop(MyQueue* obj) { int ret=myQueuePeek(obj); STPop(&obj->StackPop); return ret; } bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) { return STSize(&obj->StackPop)==0 && STSize(&obj->StackPush)==0; } void myQueueFree(MyQueue* obj) { STDestory(&obj->StackPop); STDestory(&obj->StackPush); free(obj); }