栈和队列的互相实现

用队列实现栈

OJ链接

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 。

队列：先进先出，后进后出

栈：先进后出，后进先出 

思路：一个队列存数据；另一个队列用来出数据时，导数据

用单链表实现队列 代码

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int QDataType;//创建队列节点
typedef struct QueueNode
{QDataType val;struct QueueNode* next;
}QNode;//创建维护队列的指针
typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;//原本是需要遍历的，写在结构体里可以很好的是时间复杂度由O(N)变为O(1)
}Queue;//初始化
void QueueInit(Queue* pq);//空间释放
void QueueDestroy(Queue* pq);//尾插
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//头删
void QueuePop(Queue* pq);//取队头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);//取队尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);//判断是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);//队列元素个数
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;
}

声明栈MyStack

//匿名结构体
typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;//结构体类型
//如果不加typedef，MyStack就是结构体变量

创建&初始化栈myStackCreate

//初始化
MyStack* myStackCreate() {//MyStack mystack;出了作用域就销毁了MyStack* pst=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&pst->q1);QueueInit(&pst->q2);return pst;
}

压栈myStackPush

哪个队列不为空就往哪个队列里面插入

//插入元素
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {assert(obj);//找不为NULL的队列依次插入if(!QueueEmpty(&obj->q1)){QueuePush(&obj->q1, x);//尾插}else{QueuePush(&obj->q2, x);}
}

出栈并返回栈顶元素myStackPop 

这里有一个问题：如何知道q1和q2谁为空谁不为空？

  • 首先用假设法，假设其中一个队列是空，另一个队列不是空，然后进行验证。如果验证第一个队列不是空，就交换位置。
  • 然后就开始找栈顶元素。先将非空队列里的元素一个一个导入到空队列，（记得Pop！）直到非空队列里只剩下一个元素的时候停止。这个元素就是栈顶元素，然后返回它。最后不要忘记Pop一下。
//出栈
int myStackPop(MyStack* obj) {assert(obj);//判断为空/非空------假设法Queue*nonempty=&obj->q1;Queue*empty=&obj->q2;if(QueueEmpty(&obj->q1))//{nonempty=&obj->q2;empty=&obj->q1;//创建}//直到队列里只剩下一个元素，剩下的这个元素就是我们要找的栈顶元素while(QueueSize(nonempty)>1)//队列里面的元素个数 > 1{QueuePush(empty, QueueFront(nonempty));//把队头的元素一个一个放到空队列，QueuePop(nonempty);//把刚放的那个元素从原队列删除}int top=QueueFront(nonempty);//队列尾的元素——栈顶元素QueuePop(nonempty);return top;
}

返回栈顶元素myStackTop

我们要能够发现，栈顶的元素也就是队尾的元素。所以我们直接返回队尾元素就可以了。

//栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj) {if(!QueueEmpty(&obj->q1)) {return QueueBack(&obj->q1);}else{return QueueBack(&obj->q2);}
}

判断栈是否为空myStackEmpty

//判断是否为空
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);//&&
}

释放空间myStackFree

//释放空间
void myStackFree(MyStack* obj) {QueueDestroy(&obj->q1);QueueDestroy(&obj->q2);free(obj);obj=NULL;
}

总代码

//匿名结构体
typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;//结构体类型
//如果不加typedef，MyStack就是结构体变量//初始化
MyStack* myStackCreate() {//MyStack mystack;出了作用域就销毁了MyStack* pst=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&pst->q1);QueueInit(&pst->q2);return pst;
}//插入元素
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {assert(obj);//找不为NULL的队列依次插入if(!QueueEmpty(&obj->q1)){QueuePush(&obj->q1, x);//尾插}else{QueuePush(&obj->q2, x);}
}//出栈
int myStackPop(MyStack* obj) {assert(obj);//判断为空/非空------假设法Queue*nonempty=&obj->q1;Queue*empty=&obj->q2;if(QueueEmpty(&obj->q1))//{nonempty=&obj->q2;empty=&obj->q1;//创建}//直到队列里只剩下一个元素，剩下的这个元素就是我们要找的栈顶元素while(QueueSize(nonempty)>1)//队列里面的元素个数 > 1{QueuePush(empty, QueueFront(nonempty));//把队头的元素一个一个放到空队列，QueuePop(nonempty);//把刚放的那个元素从原队列删除}int top=QueueFront(nonempty);//队列尾的元素——栈顶元素QueuePop(nonempty);return top;
}//栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj) {if(!QueueEmpty(&obj->q1)) {return QueueBack(&obj->q1);}else{return QueueBack(&obj->q2);}
}//判断是否为空
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);//&&
}//释放空间
void myStackFree(MyStack* obj) {QueueDestroy(&obj->q1);QueueDestroy(&obj->q2);free(obj);obj=NULL;
}

用栈实现队列

OJ链接

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

思路：

一个栈用于push，另一个栈用于pop。当用来出栈的那个栈空了以后，入栈的那个栈里面的元素才能导入另一个栈！这样就可以很好的实现队列的先进先出原则。

用数组实现栈 代码

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int 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 = 0;pst->top = 0;pst->capacity = 0;
}void Createcapacity(ST* pst)
{//扩容if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}
}void STPush(ST* pst, STDatatype x)
{assert(pst);Createcapacity(pst);pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);pst->top--;
}STDatatype STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);return pst->a[pst->top - 1];
}bool STempty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;//为0就是true 为！=0就是为flase
}int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = 0;pst->capacity = 0;
}

声明队列MyQueue

typedef struct {ST stpush;ST stpop;
} MyQueue;

创建&初始化队列myQueueCreate 

  • 创建的临时变量出了作用域就销毁了，所以需要malloc才可。
MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&obj->stpush);STInit(&obj->stpop);return obj;
}

入队列myQueuePush

//入队列
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {STPush(&obj->stpush, x);
}

返回队头元素myQueuePeek

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {//当stpop为空的时候if(STempty(&obj->stpop)){//当stpush不为空while(!STempty(&obj->stpush)){int x=STTop(&obj->stpush);STPush(&obj->stpop,x);STPop(&obj->stpush);}}return STTop(&obj->stpop);
}

从队列的开头移除并返回元素myQueuePop 

可以直接调用myQueuePeek，就会直接把元素都移到stpop，我们只管删除就行了。

int myQueuePop(MyQueue* obj) {int first=myQueuePeek(obj);STPop(&obj->stpop);return first;
}

判断队列是否为空myQueueEmpty

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return STempty(&obj->stpush) && STempty(&obj->stpop);
}

 释放空间myQueueFree

  • 销毁的时候要先销毁队列开辟的空间，不然会造成野指针。
void myQueueFree(MyQueue* obj) {STDestroy(&obj->stpush);STDestroy(&obj->stpop);free(obj);obj=NULL;
}

总代码

typedef struct {ST stpush;ST stpop;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&obj->stpush);STInit(&obj->stpop);return obj;
}//入队列
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {STPush(&obj->stpush, x);
}int myQueuePeek(MyQueue* obj) {//当stpop为空的时候if (STempty(&obj->stpop)){//当stpush不为空while (!STempty(&obj->stpush)){int x = STTop(&obj->stpush);STPush(&obj->stpop, x);STPop(&obj->stpush);}}return STTop(&obj->stpop);
}int myQueuePop(MyQueue* obj) {int first = myQueuePeek(obj);STPop(&obj->stpop);return first;
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return STempty(&obj->stpush) && STempty(&obj->stpop);
}void myQueueFree(MyQueue* obj) {STDestroy(&obj->stpush);STDestroy(&obj->stpop);free(obj);obj = NULL;
}

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