[数据结构] 用两个队列实现栈详解

简介: 我们上篇文章讲述了用两个栈实现队列 ,用过对上篇文章的学习后,我们再去学用两个队列实现栈就变得相对来说容易了很多。本篇文章会对用两个队列实现栈进行详解,希望会对你有所帮助。

 我们上篇文章讲述了用两个栈实现队列 ,用过对上篇文章的学习后,我们再去学用两个队列实现栈就变得相对来说容易了很多。本篇文章会对用两个队列实现栈进行详解,希望会对你有所帮助。



一、队列实现栈的特点分析

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。


 当我们用队列实现栈时,最根本的也是最重要的是需要解决删除的问题。我们用队列实现栈时,在队列中的删除就不是删除对头的元素了,我们需要根据栈的特点进行删除,也就是我们需要删除的是队尾的元素。

71712a6422b0471d9fa8ef311bf0fc3e.png操作时,首先我们先往队列中插入元素。注意,我们插入元素时,应该往不为空的队列中插入元素,如果两个队列都为空,我们可以随意往一个队列中插入元素。为什么要往不为空的队列中插入元素呢?我们先接着往下看。我们是用队列模拟栈,此时我们想要删除的是栈顶的元素,也就是队尾的元素。我们需要把前size-1个元素移动到另一个空的对列中,然后再删除队列中的最后一个元素,也就是队尾元素。

216fc6cfbe78480f9022f63cbfa9fd57.png

216fc6cfbe78480f9022f63cbfa9fd57.png这也是我们为什么插入元素时要往不为空的队列中插入的原因。因为我们需要一个空的队列进行来回导元素,从而达到删除队尾元素的目的。这时,插入操作和删除操作我们都是可以用队列去模拟实现出栈的效果了。插入和删除重复上面的操作就可以。216fc6cfbe78480f9022f63cbfa9fd57.png



1、2 整体概括


 通过我们上面的分析,用队列模拟实现栈和用栈模拟队列的思路大同小异。我们看用队列模拟栈的整体思路:


插入时往不为空的队列插入。第一次插入时,两个队列都为空,此时随便插入一个队列即可。

删除时,需要把不为空的队列中的元素前size-1个元素导入到空队列中。然后再删除剩下的一个元素。

返回栈顶的元素,也就是返回队尾的元素。


二、队列模拟实现栈代码的实现

 我们这里用c语言实现,所以还要手撕一个队列的代码。当然C++容器中,有队列,可以直接用。大家熟悉思路后,可以用其它语言做一下本题,OJ链接:用队列实现栈 - OJ链接(LeetCode)



2、1 手撕 队列 代码

queue.h

typedef int QDataType;
typedef struct QNode
{
  struct QNode* next;
  QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
  QNode* head;
  QNode* tail;
  int size;
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);


queue.c

void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->size = 0;
}
void QueueDestory(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur =pq->head;
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* tmp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (tmp == NULL)
  {
    perror("malloc failed");
    exit(-1);
  }
  tmp->next = NULL;
  tmp->data = x;
  if (pq->head == pq->tail && pq->head == NULL)
  {
    pq->head = pq->tail = tmp;
  }
  else
  {
    pq->tail->next = tmp;
    pq->tail = tmp;
  }
  pq->size++;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head != NULL);
  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--;
}



2、2 用队列模拟实现栈代码

typedef int QDataType;
typedef struct QNode
{
  struct QNode* next;
  QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
  QNode* head;
  QNode* tail;
  int size;
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->size = 0;
}
void QueueDestory(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur =pq->head;
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* tmp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (tmp == NULL)
  {
    perror("malloc failed");
    exit(-1);
  }
  tmp->next = NULL;
  tmp->data = x;
  if (pq->head == pq->tail && pq->head == NULL)
  {
    pq->head = pq->tail = tmp;
  }
  else
  {
    pq->tail->next = tmp;
    pq->tail = tmp;
  }
  pq->size++;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head != NULL);
  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--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->head->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->tail->data;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size == 0;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size;
}
typedef struct 
{
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;
MyStack* myStackCreate() 
{
    MyStack* st=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(st==NULL)
        return false;
    QueueInit(&st->q1);
    QueueInit(&st->q2);
    return st;
}
void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{
    if(QueueSize(&obj->q1)!=0)
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}
int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    Queue* tmp=&obj->q1;
    Queue* notmp=&obj->q2;
    if(QueueSize(notmp)==0)
    {
        tmp=&obj->q2;
        notmp=&obj->q1;
    }
    while(QueueSize(notmp)>1)
    {
        QueuePush(tmp,QueueFront(notmp));
        QueuePop(notmp);
    }
    QDataType res=QueueFront(notmp);
    QueuePop(notmp);
    return res;
}
int myStackTop(MyStack* obj) 
{
    if(QueueSize(&obj->q1)!=0)
        return QueueBack(&obj->q1);
    else
        return QueueBack(&obj->q2);
}
bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
    return QueueEmpty(&obj->q1)  &&  QueueEmpty(&obj->q2);
}
void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);
}



三、总结

 以上就是整个用队列模拟实现栈的整个过程,主要是利用空队列删除队尾的元素。我们应该熟练掌握用队列模拟实现栈和用栈模拟实现队列,两者都是面试中的高频题目。本篇文章的讲解就到这里,希望以上对容对对你有所帮助,感谢阅读ovo~


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