【数据结构】栈和队列经典题目

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1.有效的括号【链接】

代码实现

2.用队列实现栈【链接】

代码实现 

3.用栈实现队列

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代码实现

4.循环队列（数组实现）【链接】

代码实现

1.有效的括号【链接】

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。

思路：

栈后进先出的特点与本题括号排序特点一致，如果遇到左括号就入栈，一旦遇到右括号，就去找与它最近的左括号匹配（即找栈顶元素），如果匹配，弹出栈顶元素，去找下一个,如果不匹配，返回false。

例如：( ) { [ } ]   

' ( '入栈，++s, 遇到 ')' , 与栈顶元素' ( ' 相匹配，把' ( '弹出栈，++s，遇到 ' { '入栈，++s, 遇到 ' [ '入栈 ,++s,遇到 ' } ' , 与栈顶元素 ' [ ' 进行匹配，不配对，返回false，字符串无效。

代码实现

typedef char SLDataType;
typedef struct Stack 
{SLDataType* a;int top;int capacity;
} ST;// 初始化
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;// top指向栈顶数据的下一个位置pst->top = 0;pst->capacity = 0;
}// 销毁栈
void STDestroy(ST* pst) 
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}// 入栈
void STPush(ST* pst, SLDataType x) 
{assert(pst);// 扩容if (pst->top == pst->capacity) {int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;SLDataType* tmp =(SLDataType*)realloc(pst->a, newcapacity * sizeof(SLDataType));if (tmp == NULL) {perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}   pst->a[pst->top] = x;pst->top++;
}// 出栈
void STPop(ST* pst) 
{assert(pst);assert(pst->top > 0);pst->top--;
}// 获取栈顶数据
SLDataType STTop(ST* pst) 
{assert(pst);assert(pst->top > 0);return pst->a[pst->top - 1];
}// 判空
bool STEmpty(ST* pst) 
{assert(pst);return pst->top == 0;
}bool isValid(char* s) 
{ST st;STInit(&st);while (*s) {// 遇到左括号入栈if (*s == '(' || *s == '{' || *s == '[') {STPush(&st, *s);} else // 遇到右括号就取栈顶的左括号尝试进行匹配{//如果字符串就给了一个右括号，就无法取栈顶元素，所以要判断栈是否为空if(STEmpty(&st)){STDestroy(&st);return false;}char top = STTop(&st);//取栈顶元素STPop(&st); // 弹出栈顶元素// 判断不匹配if ((top == '(' && *s != ')') || (top == '{' && *s != '}') ||(top == '[' && *s != ']')) {STDestroy(&st);return false;}}++s;}//判空，如果栈为空，就都匹配了，栈不为空，说明还有没匹配的左括号，数量不匹配bool ret=STEmpty(&st);STDestroy(&st);return ret;
}

2.用队列实现栈【链接】

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 。

思路： 

构造两个队列，空队列用来导数据，非空队列用来插入数据，达到后进先出的效果。

例如：如果想将栈顶元素5拿走，而队列只能在队头删除元素，只能把1拿走，就再构造一个空队列导数据，将非空队列中前size-1个元素导入导空队列中，这时非空队列就只剩一个队头元素5，把它返回，然后pop掉它，此时又变成空队列了。

代码实现 

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType val;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = NULL;pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}//队尾插入
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->next = NULL;newnode->val = x;if (pq->ptail == NULL){pq->phead = pq->ptail= newnode;		 }else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}//队头删除
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->size != 0);	//一个节点if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else//多个节点{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;		
}//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->phead);return pq->phead->val;
}//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->ptail);return pq->ptail->val;
}int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}//销毁
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;
}//定义2个队列
typedef struct {  //匿名结构体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);}else{QueuePush(&(obj->q2),x);}}//移除并返回栈顶元素
int myStackPop(MyStack* obj) {//把不为空的队列的前size-1个数据导走到空队列并pop掉，剩下最后一个就是栈顶数据//假设法Queue*empty=&(obj->q1);Queue*nonempty=&(obj->q2);if(!QueueEmpty(&(obj->q1))){nonempty=&(obj->q1);empty=&(obj->q2);}while(QueueSize(nonempty)>1){QueuePush(empty,QueueFront(nonempty));QueuePop(nonempty);}int top=QueueFront(nonempty);QueuePop(nonempty);return top;
}//取栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj) {if(!QueueEmpty(&(obj->q1))){return QueueBack(&(obj->q1));//取队尾元素}else{return QueueBack(&(obj->q2));}
}//判空
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&(obj->q1)) && QueueEmpty(&(obj->q2));
}void myStackFree(MyStack* obj) {QueueDesTroy(&(obj->q1));//从里向外释放，先释放队列，再释放栈空间QueueDesTroy(&(obj->q2));free(obj);
}

3.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

思路： 

将一个栈当作输入栈用来入数据，一个栈当作输出栈用来出数据，由于栈具有后进先出的特性，若输出栈为空，则将输入栈中的数据全部导入到输出栈，这样输出栈从栈顶到栈底的顺序就是队列的输出顺序。

代码实现

typedef int SLDataType;
typedef struct Stack
{SLDataType* a;//指向动态开辟的数组int top;//确定栈顶位置int capacity;//栈的容量
}ST;//初始化
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;//top指向栈顶数据的下一个位置pst->top = 0;	pst->capacity = 0;
}
//销毁栈
void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}//入栈
void STPush(ST* pst, SLDataType x)
{assert(pst);//扩容if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(pst->a, newcapacity * sizeof(SLDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;}//top指向栈顶数据的下一个位置pst->a[pst->top] = x;pst->top++;	
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);pst->top--;
}//获取栈顶数据
SLDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst);assert(pst->top > 0);return pst->a[pst->top - 1];
}//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}
//获取栈里数据个数
int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top;
}//定义两个栈
typedef struct {ST pushst;ST popst;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&(obj->pushst));STInit(&(obj->popst));return obj;
}void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {STPush(&(obj->pushst),x);    
}int myQueuePop(MyQueue* obj) {int front = myQueuePeek(obj);STPop(&(obj->popst));return front;
}//取poopst的栈顶元素
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {if(STEmpty(&(obj->popst))){//导数据while(!STEmpty(&(obj->pushst))){int top=STTop(&(obj->pushst));STPush(&(obj->popst),top);STPop(&(obj->pushst));}}return STTop(&(obj->popst));
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return STEmpty(&(obj->pushst)) && STEmpty(&(obj->popst));
}void myQueueFree(MyQueue* obj) {      STDestroy(&(obj->pushst));STDestroy(&(obj->popst));free(obj);
}

4.循环队列（数组实现）【链接】

代码实现

//循环队列结构
typedef struct {int* a;int front;//队头指针int rear;//队尾指针 指向尾的下一个元素int k;//队列长度
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));//多开一个空间obj->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));obj->front = 0;obj->rear = 0;obj->k = k;return obj;
}//判空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {return obj->front == obj->rear;
}//判满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) == obj->front;
}//入队
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {if (myCircularQueueIsFull(obj))return false;obj->a[obj->rear] = value;obj->rear++;obj->rear %= (obj->k + 1);//解决rear下标值回绕的问题return true;
}//出队
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {if (myCircularQueueIsEmpty(obj))return false;obj->front++;obj->front %= (obj->k + 1);//解决front下标值回绕的问题return true;
}//获取队首元素
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {if (myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;elsereturn obj->a[obj->front];
}//获取队尾元素
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {if (myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;elsereturn obj->rear == 0 ? obj->a[obj->k] : obj->a[obj->rear - 1];//与下面代码等价/*return obj->a[(obj->rear - 1 + obj->k + 1) % (obj->k + 1)];取模解决回绕问题*/       
}//释放空间
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->a);free(obj);
}

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