栈和队列OJ题目——C语言

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LeetCode 20、有效的括号

题目描述：

思路解析：

解题代码： 

通过代码： 

LeetCode 225、用队列实现栈

题目描述：

思路解析：

解题代码： 

通过代码：

LeetCode 232、用栈实现队列

题目描述：

思路解析：​编辑

解题代码：

通过代码：

LeetCode 622、设计循环队列

题目描述：

思路解析：

解题代码：

通过代码：

LeetCode 20、有效的括号

题目描述：

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

有效字符串需满足：

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

示例 1：

输入：s = "()"
输出：true

示例 2：

输入：s = "()[]{}"
输出：true

示例 3：

输入：s = "(]"
输出：false

提示：

  • 1 <= s.length <= 104
  • s 仅由括号 '()[]{}' 组成

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思路解析：

利用栈先进后出的特点，让栈内元素依次与新元素比较。 

解题代码： 

我们还是要先拷贝一份栈放在OJ题目上方，并且注意我们需要更改STDataType为char类型，我们要更改的不止这些，我们还要改一下我们的assert，我们要把暴力的判断变成温柔的判断，其中重点是STPop和STTop：

根据思路写出如下代码： 

我们根据我们的思路写出了如上代码，实验后发现通过所有测试案例，在提交时却出现错误，经过调试后发现，当传入一个括号时，会跳过我们判错的代码，直接来到判对：

这就是我们的数量不匹配，我们可以在最后进行一个判空，如果最后栈没空，说明数量不匹配。 

这样一修改就可以啦。

通过代码： 

typedef char STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);bool STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST* pst);void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->capacity = 0;pst->top = 0;}void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}void STPush(ST* pst, STDataType x)
{assert(pst);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;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}void STPop(ST* pst)
{assert(pst);if(!pst->top > 0){return;}pst->top--;
}STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);if(!pst->top > 0){return 0;}return pst->a[pst->top - 1];
}bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}bool isValid(char* s) 
{ST st;STInit(&st);while (*s){if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{'){STPush(&st, *s);}else{char top = STTop(&st);STPop(&st);if ((*s == ')' && top == '(') || (*s == ']' && top == '[') || (*s == '}' && top == '{')){;}else{return 0;}}++s;}bool ans = STEmpty(&st);STDestroy(&st);return ans;
}

LeetCode 225、用队列实现栈

题目描述：

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）。

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 。

注意：

  • 你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。
  • 你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

示例：

输入：
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 2, 2, false]解释：
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

提示：

  • 1 <= x <= 9
  • 最多调用100 次 push、pop、top 和 empty
  • 每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空

进阶：你能否仅用一个队列来实现栈。

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思路解析：

首先我们先复习一下栈和队列的性质

此时我们的两个队列，他们的功能分别是存储数据和导出数据 

解题代码： 

此时因为我们需要用到队列，所以我们需要先把我们写的队列拷贝一份在OJ代码上面：

同时也别忘记我们在队列部分写过的函数，我们可以不用自己判空，在插入时哪个不为空我们就插入到哪个队列，此时那个队列是专门用来存储数据的。

在删除时，我们也可以使用QueueSize对队列数据的个数进行判断，用QueueFront进行导入队头操作，此时该队列承担的是导数据的任务， 同时导入队头的同时不要忘记要将队头Pop出去。

在去栈首的时候，我们取到的是队列的最后一个元素，首先想到的肯定是返回我们导完数据后剩的那个元素，直接CV上面的代码，但是我们要能想到在写队列时，我们写过取队尾函数QueueBack，我们可以直接进行判空操作，返回不为空队列的最后一个元素。

当然判空也很简单，我们只需要同时判断两个队列即可。 

最后free时，我们可以直接释放我们malloc的MyStack* pst呢？我们来画张图看一下

所以在free掉栈之前要把两个队列先free，由于不知道哪个为空，所以我们两个都free。

通过代码：

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{QDataType val;struct QueueNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(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->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->val = x;newnode->next = NULL;if (pq->ptail == NULL){pq->ptail = pq->phead = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq); assert(pq->phead);QNode* del = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(del);del = NULL;if (pq->phead == NULL)pq->ptail = NULL;pq->size--;
}QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->phead);return pq->phead->val;
}QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->ptail);return pq->ptail->val;
}bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead == NULL;
}int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}typedef struct
{Queue q1;Queue q2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate()
{MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&(pst->q1));QueueInit(&(pst->q2));return pst;
}void myStackPush(MyStack* obj, int x)
{if (!QueueEmpty(&obj->q1))QueuePush(&obj->q1, x);elseQueuePush(&obj->q2, x);
}int myStackPop(MyStack* obj)
{Queue* noneempty = &obj->q1;//用noneempty指向非空栈Queue* empty = &obj->q2;//用empty指向空栈if (!QueueEmpty(&obj->q2)){noneempty = &obj->q2;empty = &obj->q1;}while (QueueSize(noneempty) > 1){QueuePush(empty, QueueFront(noneempty));QueuePop(noneempty);}int top = QueueFront(noneempty);QueuePop(noneempty);return top;
}int myStackTop(MyStack* obj)
{if (!QueueEmpty(&obj->q1))return QueueBack(&obj->q1);elsereturn QueueBack(&obj->q2);
}bool myStackEmpty(MyStack* obj)
{return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}void myStackFree(MyStack* obj)
{QueueDestroy(&obj->q1);QueueDestroy(&obj->q1);free(obj);obj = NULL;
}

LeetCode 232、用栈实现队列

题目描述：

请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）：

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

说明：

  • 你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
  • 你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。

示例 1：

输入：
["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

提示：

  • 1 <= x <= 9
  • 最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
  • 假设所有操作都是有效的 （例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）

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思路解析：

 

解题代码：

我认为代码的唯一难点就是在于什么时候导数据，在哪个函数时要把PushSt中的元素导入PushSt

我们可以在STPeek中导数据，然后可以在STPop时再调用STPeek，再进行STPop

通过代码：

typedef char STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);bool STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST* pst);void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->capacity = 0;pst->top = 0;}void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}void STPush(ST* pst, STDataType x)
{assert(pst);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;}pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}void STPop(ST* pst)
{assert(pst);if (!(pst->top > 0)){return;}pst->top--;
}STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);if (!(pst->top > 0)){return 0;}return pst->a[pst->top - 1];
}bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}typedef struct 
{ST PushSt;ST PopSt;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() 
{MyQueue* pq = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&pq->PushSt);STInit(&pq->PopSt);return pq;
}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) 
{return obj->PopSt.top == NULL && obj->PushSt.top == NULL;
}void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{STDestroy(&obj->PopSt);STDestroy(&obj->PushSt);free(obj);obj = NULL;
}

LeetCode 622、设计循环队列

题目描述：

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。

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。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3
circularQueue.enQueue(1);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(2);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(3);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，队列已满
circularQueue.Rear();  // 返回 3
circularQueue.isFull();  // 返回 true
circularQueue.deQueue();  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 true
circularQueue.Rear();  // 返回 4

提示：

  • 所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
  • 操作数将在 1 至 1000 的范围内；
  • 请不要使用内置的队列库。

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思路解析：

 

 

解题代码：

我们先对我们存储容器进行定义，这里我们以数组为例： 

 然后先看一下我们刚才已经解决了的问题的代码块，判空和判满： 

 

对于插入和删除，我们只需要对front和back下标进行操作即可：

 

但是不只只是这样就结束了，我们在很多地方都应该判断队列是否满或者是否空，比如插入时判断是否已满，取头取尾时判断是否为空，具体代码大家可以看通过代码。

通过代码：

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

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