[C/C++] 数据结构 LeetCode: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。

题目链接:力扣（LeetCode）官网 - 全球极客挚爱的技术成长平台

功能实现思路:

在实现这个题目之前得先完成队列的基本操作,可以参考文章:http://t.csdnimg.cn/3v2IZ

1. 出栈 

现在我们有两个队列,假设在第一个队列里依次入了1 2 3 4 5,另一个队列为空队列

现在要出栈的话,应该把5出去,但是数据目前在队列里,出数据只能从队头出,所以可以把1 2 3 4依次出队列,并入到第二个队列中,此时就可以把5出去了,此时又是一个队列为空,另一个存着剩余的数据,再出栈的话,还按照这个方法即可

int myStackPop(MyStack* obj) {
    //由于不知道哪个队列为空队列,可以采用假设法
    Queue* empty = &obj->queue1;
    Queue* nonempty=&obj->queue2;
    if(!QueueEmpty(&obj->queue1))
    {
        empty=&obj->queue2;
        nonempty=&obj->queue1;
    }
    
    while(QueueSize(nonempty)>1)
    {
        QueuePush(empty,QueueFront(nonempty));
        QueuePop(nonempty);
    }
    int top=QueueFront(nonempty);
    QueuePop(nonempty);
    return top;
}

总结:

出栈操作相当于非空队列的队尾元素出队,此时需要把非空队列除最后一个元素之外的其他元素入队到空队列,然后出队最后一个队尾元素

2.入栈

入栈操作相当于在非空队列进行入队操作

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if(!QueueEmpty(&obj->queue1))
    {
        QueuePush(&obj->queue1,x);
    }
    else
    {
         QueuePush(&obj->queue2,x);
    }
}

3.判空

只要两个队列都没有元素就表示栈空

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->queue1)&&QueueEmpty(&obj->queue2);
}

4.返回栈顶元素

即返回非空队列队尾元素

int myStackTop(MyStack* obj) {
    if(!QueueEmpty(&obj->queue1))
    {
        return QueueTail(&obj->queue1);
    }
    else
    {
        return QueueTail(&obj->queue2);
    }
}

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode {
	QDataType x;
	struct QueueNode* next;
}Node;

typedef struct Queue
{
	Node* head;
	Node* tail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* ps)
{
	assert(ps);

	ps->head = ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}

void QueuePush(Queue* ps, QDataType x)
{
	assert(ps);
	//创建新节点
	Node* newnode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->x = x;

	//尾插
	if (ps->tail == NULL)
	{
		ps->head = ps->tail = newnode;
	}
	else
	{
		ps->tail->next = newnode;
		ps->tail = ps->tail->next;
	}
	ps->size++;
}

void QueuePop(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->head);

	if (ps->head->next == NULL)
	{
		ps->head = ps->tail = NULL;
	}
	else
	{
		Node* next = ps->head->next;
		free(ps->head);
		ps->head = next;
	}
	
	ps->size--;
}

bool QueueEmpty(Queue* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->tail == NULL;
}

QDataType QueueFront(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->head);

	return ps->head->x;
}

QDataType QueueTail(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->tail);

	return ps->tail->x;
}

int QueueSize(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->size;
}

void QueueDestory(Queue* ps)
{
	assert(ps);

	Node* cur = ps->head;
	while (cur)
	{
		Node* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	ps->head=ps->tail = NULL;
    ps->size=0;
}

typedef struct {
    Queue queue1;
    Queue queue2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* mystack=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&mystack->queue1);
    QueueInit(&mystack->queue2);
    return mystack;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if(!QueueEmpty(&obj->queue1))
    {
        QueuePush(&obj->queue1,x);
    }
    else
    {
         QueuePush(&obj->queue2,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    Queue* empty = &obj->queue1;
    Queue* nonempty=&obj->queue2;

    if(!QueueEmpty(&obj->queue1))
    {
        empty=&obj->queue2;
        nonempty=&obj->queue1;
    }
    while(QueueSize(nonempty)>1)
    {
        QueuePush(empty,QueueFront(nonempty));
        QueuePop(nonempty);
    }
    int top=QueueFront(nonempty);
    QueuePop(nonempty);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    if(!QueueEmpty(&obj->queue1))
    {
        return QueueTail(&obj->queue1);
    }
    else
    {
        return QueueTail(&obj->queue2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->queue1)&&QueueEmpty(&obj->queue2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {

    QueueDestory(&obj->queue1);
    QueueDestory(&obj->queue2);

    free(obj);
}