【C++】每日一题 219 最小栈

设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

实现 MinStack 类:

MinStack() 初始化堆栈对象。
void push(int val) 将元素val推入堆栈。
void pop() 删除堆栈顶部的元素。
int top() 获取堆栈顶部的元素。
int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

C++实现：

#include <stack>class MinStack {
private:std::stack<int> mainStack;std::stack<int> minStack;public:MinStack() {}void push(int val) {mainStack.push(val);if (minStack.empty() || val <= getMin()) {minStack.push(val);}}void pop() {if (mainStack.top() == getMin()) {minStack.pop();}mainStack.pop();}int top() {return mainStack.top();}int getMin() {return minStack.top();}
};

在这个实现中，我们使用了两个栈：mainStack 用于存储元素，minStack 用于存储当前栈中的最小元素。

在 push 操作中，我们将元素推入 mainStack 中，并且判断该元素是否比当前最小元素小或等于最小元素，如果是，则将该元素也推入 minStack 中。
在 pop 操作中，我们先判断要删除的元素是否为当前最小元素，如果是，则同时从 mainStack 和 minStack 中删除该元素。
top 操作直接返回 mainStack 的栈顶元素。
getMin 操作直接返回 minStack 的栈顶元素，即当前栈中的最小元素。
这样，通过维护一个辅助栈来保存当前栈中的最小元素，我们可以在常数时间内检索到最小元素，同时支持常见的栈操作。

因为C++有stack数据结构，所以相对C语言逻辑较易实现，这里也给出C语言的两种实现

链表实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct Node {int val;int minVal;struct Node* next;
} Node;typedef struct {Node* top;
} MinStack;MinStack* minStackCreate() {MinStack* obj = (MinStack*)malloc(sizeof(MinStack));obj->top = NULL;return obj;
}void minStackPush(MinStack* obj, int val) {Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));newNode->val = val;if (obj->top == NULL || val < obj->top->minVal) {newNode->minVal = val;} else {newNode->minVal = obj->top->minVal;}newNode->next = obj->top;obj->top = newNode;
}void minStackPop(MinStack* obj) {if (obj->top == NULL) {return;}Node* temp = obj->top;obj->top = obj->top->next;free(temp);
}int minStackTop(MinStack* obj) {if (obj->top == NULL) {return -1; // 栈为空时返回特定值}return obj->top->val;
}int minStackGetMin(MinStack* obj) {if (obj->top == NULL) {return -1; // 栈为空时返回特定值}return obj->top->minVal;
}void minStackFree(MinStack* obj) {while (obj->top != NULL) {Node* temp = obj->top;obj->top = obj->top->next;free(temp);}free(obj);
}int main() {MinStack* obj = minStackCreate();minStackPush(obj, -2);minStackPush(obj, 0);minStackPush(obj, -3);printf("Min element: %d\n", minStackGetMin(obj)); // Output: -3minStackPop(obj);printf("Top element: %d\n", minStackTop(obj)); // Output: 0printf("Min element: %d\n", minStackGetMin(obj)); // Output: -2minStackFree(obj);return 0;
}

使用结构体 Node 表示链表节点，每个节点包含元素值 val、当前节点及之前节点中的最小值 minVal，以及指向下一个节点的指针 next。MinStack 结构体中只包含一个指针 top 指向栈顶节点。

通过在节点中记录当前节点及之前节点中的最小值，我们可以实现在常数时间内检索最小元素的功能。

数组实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>typedef struct {int *stack;int *minStack;int top;
} MinStack;MinStack* minStackCreate() {MinStack *obj = (MinStack*)malloc(sizeof(MinStack));obj->stack = (int*)malloc(10000 * sizeof(int)); // 假设栈最大容量为 10000obj->minStack = (int*)malloc(10000 * sizeof(int));obj->top = -1;return obj;
}void minStackPush(MinStack* obj, int val) {obj->top++;obj->stack[obj->top] = val;if(obj->top == 0 || val <= obj->minStack[obj->top - 1]) {obj->minStack[obj->top] = val;} else {obj->minStack[obj->top] = obj->minStack[obj->top - 1];}
}void minStackPop(MinStack* obj) {obj->top--;
}int minStackTop(MinStack* obj) {return obj->stack[obj->top];
}int minStackGetMin(MinStack* obj) {return obj->minStack[obj->top];
}void minStackFree(MinStack* obj) {free(obj->stack);free(obj->minStack);free(obj);
}int main() {MinStack* obj = minStackCreate();minStackPush(obj, -2);minStackPush(obj, 0);minStackPush(obj, -3);printf("Min element: %d\n", minStackGetMin(obj)); // Output: -3minStackPop(obj);printf("Top element: %d\n", minStackTop(obj)); // Output: 0printf("Min element: %d\n", minStackGetMin(obj)); // Output: -2minStackFree(obj);return 0;
}