《剑指 Offer （第 2 版）》第 9-1 题：用两个栈实现队列

第 9-1 题：用两个栈实现队列

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请用栈实现一个队列，支持如下四种操作：

• push(x) – 将元素x插到队尾；
• pop() – 将队首的元素弹出，并返回该元素；
• peek() – 返回队首元素；
• empty() – 返回队列是否为空；

注意：

• 你只能使用栈的标准操作：push to top，peek/pop from top, size 和 is empty；
• 如果你选择的编程语言没有栈的标准库，你可以使用list或者deque等模拟栈的操作；
• 输入数据保证合法，例如，在队列为空时，不会进行pop或者peek等操作；

样例

MyQueue queue = new MyQueue();

queue.push(1);
queue.push(2);
queue.peek();  // returns 1
queue.pop();   // returns 1
queue.empty(); // returns false

分析：+ 相关的练习还有 LeetCode 第 232 题，还有第 225 题。

• 在这里我设置了一个“上一次的操作”作为状态。具体应用如下：

如果“上一次的操作”是 push：

1、我继续 push 的时候，就可以继续往栈里存数据；
2、但是如果我 pop 的话，就要把“栈底”的元素拿出来，拿出之前，要把“栈底”以上的所有元素弹出到另一个栈中。此时，如果继续出队的话，就从临时栈中陆续弹出“栈顶”元素就可以了。

如果“上一次的操作”是 pop：

1、如果我继续 pop，因为在上一次 pop 的时候，就把之前那个栈中的元素全部弹出到一个新的栈，此时这个新栈继续弹出“栈顶”元素，其实就是原来入队的顺序；
2、如果我 push，就得恢复之前入队的顺序，因此，要把这个栈中的数据全部弹出到之前入队的那个栈。

总而言之，我们可以准备两个栈 stack1 和 stack2 ：
1、使用 stack1 专门用于 push 的时候用，要“出队”之前，全部弹出到 stack2，从 stack2 弹出 ；
2、使用 stack2 专门用于 pop 的时候用，要“入队”之前，全部弹出到 stack1，从 stack1 压入 。

Java 代码：

import java.util.Stack;

public class Solution {
    /**
     * 专门 push 的时候用
     */
    private Stack stack1 = new Stack();
    /**
     * 专门 pop 的时候用
     */
    private Stack stack2 = new Stack();

    private State lastState = State.PUSH;

    enum State {
        PUSH, POP
    }

    public void push(int node) {
        if (lastState == State.PUSH) {
            stack1.add(node);
        } else {
            assert lastState == State.POP;
            // 如果上一步是 pop 的话，
            while (!stack2.isEmpty()) {
                stack1.add(stack2.pop());
            }
            stack1.add(node);
            lastState = State.PUSH;
        }
    }

    public int pop() {
        if (lastState == State.POP) {
            if (stack2.empty()) {
                throw new IllegalArgumentException("queue is empty");
            }
            return stack2.pop();
        } else {
            // 如果上一步是 PUSH 的话
            while (!stack1.empty()) {
                stack2.add(stack1.pop());
            }
            lastState = State.POP;
            return stack2.pop();
        }
    }
}

注意：下面这个逻辑是错的，应该是只要 stack2 是空的，才把 stack1 的元素全部搬到 stack2，这里要小心。

    def __shift(self):
        if self.stack1:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())

Python 代码：

class MyQueue(object):

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """

        self.stack1 = []
        self.stack2 = []

    def push(self, x):
        """
        Push element x to the back of queue.
        :type x: int
        :rtype: void
        """
        self.stack1.append(x)

    def __shift(self):
        if len(self.stack2) == 0:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())

    def pop(self):
        """
        Removes the element from in front of queue and returns that element.
        :rtype: int
        """
        self.__shift()
        return self.stack2.pop()

    def peek(self):
        """
        Get the front element.
        :rtype: int
        """
        self.__shift()
        return self.stack2[-1]

    def empty(self):
        """
        Returns whether the queue is empty.
        :rtype: bool
        """
        return len(self.stack1) == 0 and len(self.stack2) == 0

# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyQueue()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.peek()
# param_4 = obj.empty()