剑指offer算法题之栈和队列--面试题7：用两个栈实现队列（补充知识点：类模板）

• 关于栈和队列的介绍，在上一篇文章里已经介绍过了，话不多说直接上题目了。

• 题目如下：
  

• 队列的声明如下：

template <typename T> class CQueue
{
public:
    CQueue(void);
    ~CQueue(void);

private:
    stack stack1;
    stack stack2;

};

在上述队列的声明可以看出，一个队列包含了两个栈stack1和stack2, 因此本题的核心想法是利用两个栈的“后进先出”去实现队列的“先进先出”。

我们通过一个具体的例子来分析往该队列插入和删除元素的过程。
1、首先插入一个元素a， 先把它插入到stack1，此时stack1中有元素{a}, stack2 元素为空。再向stack1压入两个元素b,c ，此时stack1中包含的元素有{a, b, c}，其中c位于栈顶，形如图a。
2、从stack1中删除第一个元素，根据栈的先进后出的原则，第一个删除的元素是c，然后把c元素压入stack2 中。根据这种操作，再对元素b和a进行操作。完成之后，stack1为空，stack2中的元素是{c, b ,a }。此时可以弹出 stack2中的栈顶元素a了。完成后形如图b。
3、继续删除队列头部元素，就可以删除stack2中的b元素。形如图c。
4、接下来插入一个元素d。我们还是把它压入stack1 中。下次删除队列的头部stack2不为空，直接弹出它的栈顶元素c。因此c确实比d先进入队列中。

总结上述步骤：
1）当stack2中不为空时，在stack2中的栈顶元素是最先进入队列的元素，可以弹出。
2）如果stack2为空时，我们把stack1中的元素逐个弹出并压入stack2.由于先进入队列的元素被压到stack1的底端，进过弹出并压入之后就处于stack2的顶端了。

• 编写代码思路和注意点：
  1、关于语句：system(“pause”); 必须包含头文件#include < iostream>
  2、由于本题是要求同两个栈模型实现队列的模型，本题使用的是C++里的类模板工具。队列里用到的成员函数：构造，析构，插入元素和删除元素函数。队列里用到的私有成员对象：两个栈对象。
  3、因为上面定义了各个成员函数，需要对类模板的成员函数特例化。其中构造函数和析构函数可以声明默认即可。
  4、插入元素和删除元素的特例化就是本题核心代码。–但是在构造代码前，需要回顾一下栈和队列的常用操作。
  栈的操作：

    s.empty()               如果栈为空返回true，否则返回false  
    s.size()                返回栈中元素的个数  
    s.pop()                 删除栈顶元素但不返回其值  
    s.top()                 返回栈顶的元素，但不删除该元素  
    s.push()                在栈顶压入新元素  

队列的操作多一个：

    q.front()               返回队首元素的值，但不删除该元素  

5、插入元素：
声明插入操作：
template< typename T> void CQueue< T>::appendTail(const T& element)

• 1、 向第一个栈stack1直接push元素；
• 2、需要考虑两种情况： stack2中若无元素，stack1可以开始把弹出的元素插入stack2；若stack2中有元素，则可以直接进行队列的删除元素操作；
• 3、 若stack2中无元素，stack1弹出一个栈顶元素，记录这个值，并push进入stack2中，循环直至stack1数据全部弹出。代码中需要注意的是：
  T& data = stack1.top(); //定义data，类型是T&。因为数据插入操作声明的数据类型就是地址。

6、删除队列元素，并返回头结点。

• 整套代码如下

#include "stdafx.h"
#include 
#include 
using namespace  std;


//队列的申明
template <typename T> class CQueue
{
public:
    CQueue(void);
    ~CQueue(void);

    void appendtail(const T& node);
    T deleteHead();

private:
    stack stack1;
    stack stack2;


};
//构造函数
template<typename T > CQueue::CQueue(void)
{

}

//析构函数
template<typename T > CQueue::~CQueue(void)
{

}

template<typename T> void CQueue::appendtail(const T& element)
{
    stack1.push(element);
}

template<typename T > T CQueue::deleteHead()
{
    if(stack2.size()<=0)
    {
        while(stack1.size())
         {
            T& data=stack1.top();//zhuyi
            stack1.pop();
            stack2.push(data);
          }
    }
        if(stack2.size()<=0)
            throw exception("queue is empty");


            T head=stack2.top();
            stack2.pop();

    return head;
}
void Test(char actualhead,char expectedhead)
{
 if(actualhead==expectedhead)
     printf("test is passed");
 else
     printf("test is failed");
}
void Test1()
{
    CQueue<char> queue;

    queue.appendtail('a');
    queue.appendtail('b');
    queue.appendtail('c');

    char queuehead=queue.deleteHead();
    Test(queuehead,'a');

}
int main()
{
    Test1();

    system("pause");
    return 0;
}

• 测试用例的设计
  1、往空的队列里添加、删除元素
  2、往非空的队列里添加、删除元素
  3、直接删除元素，直至队列为空。

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- 补充知识点：C++的类模板

C++模板函数

• 1 提供一种模板来减少代码重复。比如：对于同一样函数使用不同的数据类型，int, double, char等。
• 2 支持所有数据类型的函数模板

这里T，可以代表任何类型。用的时候声明即可。

template <class T>  
inline T square(T x)  
{  
   T result;  
   result = x * x;  
   return result;  
};  
int i,ii;
ii=square<int>(i)//左边是返回的类型，后边分别表示类型和形参。

注明：模板的关键字可以用class和typename.
- template< class T>
- template< typename T>

• 使用模板函数square< int>(value) or square(value).
• 模板函数的定义中，T代表数据类型。
• 模板的声明和定义必须在同一个 文件中。
• 宏定义也可以实现模板的功能：#define square(x) (x*x)

C++ 类模板

• 类模板定义：
  template < typename T>class Tmp{ };
• 类模板特例化：
  template< typename T> Tmp< T>::Tmp1(T 参数) { };

例如：

template <class T>  
class Matrix2x2  
{  
public:  
//函数的重载：函数名相同，参数列表不同
   Matrix2x2(T m11, T m12, T m21, T m22);    //constructor  
   Matrix2x2(T m[2][2]);  
   Matrix2x2();  

   int Add(Matrix2x2 x)  
   int Multiply(Matrix2x2 x)  
   void Print();  
   T m[2][2];  
};  

• 类模板特例化
  例如：

template <class T>  
Matrix2x2<T>::Matrix2x2(T _m11, T _m12, T _m21, T _m22)  
// 类名<T>（域名作用）::函数名（T 参数列表）
{  
   m[0][0] = _m11;  
   m[0][1] = _m12;  
   m[1][0] = _m21;  
   m[1][1] = _m22;  
}  
  template <class T>  
Matrix2x2<T>::Matrix2x2(T _m)  
{  
   m[0][0] = _m[0][0];  
   m[0][1] = _m[0][1];  
   m[1][0] = _m[1][0];  
   m[1][1] = _m[1][1];  
}  

template <class T>  
Matrix2x2<T>::Matrix2x2()  
{  
   m[0][0] = 0;  
   m[0][1] = 0;  
   m[1][0] = 0;  
   m[1][1] = 0;  
}  

template <class T>  
Matrix2x2<T>::Add(Matrix2x2 _x)  
{  
    Matrix2x2 sum;  
    sum.m[0][0] = m[0][0] + _x.m[0][0];  
    sum.m[0][1] = m[0][1] + _x.m[0][1];  
    sum.m[1][0] = m[1][0] + _x.m[1][0];  
    sum.m[1][1] = m[1][1] + _x.m[1][1];  
    return sum;  
}  

template <class T>  
Matrix2x2<T>::Multiply(Matrix2x2 _x)  
{  
    Matrix2x2 sum;  
    sum.m[0][0] = m[0][0] * _x.m[0][0] + m[0][1] * _x.m[1][0];  
    sum.m[0][1] = m[0][0] * _x.m[0][1] + m[0][1] * _x.m[1][1];  
    sum.m[1][0] = m[1][0] * _x.m[0][0] + m[1][1] * _x.m[1][0];  
    sum.m[1][1] = m[1][0] * _x.m[0][1] + m[1][1] * _x.m[1][1];  
    return sum;  
}  

template <class T>  
Matrix2x2<T>::Print()  
{  
    cout << "|" << m[0][0] << "  " <<  m[0][1] << "|" << endl;  
    cout << "|" << m[1][0] << "  " <<  m[1][1] << "|" << endl;  
}  

注意：只有类模板被申明后，可以特化成员函数。