队列经典问题——用队列实现栈

注：前两篇博客已经具体实现了栈和队列，本篇博客在需要用到队列的地方会直接使用它的操作函数。

目录

用队列实现栈

思路

示例

代码实现

入栈

出栈

获取栈顶元素

检测栈是否为空

销毁栈

全部代码

测试用例

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用队列实现栈

要求：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）。

队列是一种先入先出的数据结构，而栈是一种后入先出的数据结构，那么如何用两个队列实现栈呢？我们知道，这两种数据结构入数据的方式是相同的，那么只需用队列先入先出的逻辑来实现栈后入先出的逻辑即可。

思路

由于入数据的方式相同，最开始我们可以将数据先入到其中一个队列。出数据时，由于需要出队尾的第一个元素，我们可以将这个非空队列（现存有数据的队列）中除队尾元素外的所有元素都倒入到另一个空队列（现未存数据的队列）中，这样，需要出的元素就到了队列的首位，然后直接出这个元素即可，之后入数据入到有元素的队列。

示例

下面是出数据 5 的示例，先将数据1，2，3，4倒入到最初为空队列的 emptyQ 中，然后出最初为nonemptyQ队列中的剩下一个元素。这样便利用两个队列的性质实现了栈的性质。

注：这里的 nonemptyQ 和 emptyQ 只是一开始对这两个队列做的标识，方便我们在实际操作中使用这两个队列。

代码实现

我们可以使用的队列操作有：QueueInit、QueueDestroy、QueuePush、QueuePop、QueueFront、QueueBack、QueueSize、QueueEmpty。

我们先创建好需要用两个队列实现的栈：

（假设这里的Queue是我们已经定义好的队列）

typedef struct 
{
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack; 


MyStack* myStackCreate() 
{
    MyStack* ps = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(ps == NULL)
    {
        printf("malloc fail\n");
        exit(-1);
    }
    QueueInit(&ps->q1);
    QueueInit(&ps->q2);

    return ps;
}

下面给出需要我们实现的接口:

//将元素 x 压入栈顶
void myStackPush(MyStack* obj, int x);

//移除并返回栈顶元素
int myStackPop(MyStack* obj);

//返回栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj);

//如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false
bool myStackEmpty(MyStack* obj);

//销毁栈
void myStackFree(MyStack* obj);

入栈

将需要入栈的元素入到其中不为空的队列中，当两个队列都为空时，元素入到其中一个队列即可。

void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}

出栈

将非空队列中除最后一个外的其它元素倒入到另一个队列中，保存剩下元素作为返回值后出队列。

int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    //先假设出空与非空队列，在根据实际判断出空与非空队列
    Queue* emptyQ = &obj->q1;
    Queue* nonemptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyQ = &obj->q2;
        nonemptyQ = &obj->q1;
    }
    //倒数据
    while(QueueSize(nonemptyQ) > 1)
    {
        QueuePush(emptyQ,QueueFront(nonemptyQ));
        QueuePop(nonemptyQ);
    }
    //先保存，后出
    int top = QueueFront(nonemptyQ);
    QueuePop(nonemptyQ);

    return top;
}

获取栈顶元素

返回非空队列中队尾的元素即可。

int myStackTop(MyStack* obj) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

检测栈是否为空

当两个队列都为空时栈才为空。

bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
    return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

销毁栈

先销毁两个队列，再销毁创建的栈。

void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);

    free(obj);
}

全部代码

typedef struct 
{
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack; 


MyStack* myStackCreate() 
{
    MyStack* ps = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(ps == NULL)
    {
        printf("malloc fail\n");
        exit(-1);
    }
    QueueInit(&ps->q1);
    QueueInit(&ps->q2);

    return ps;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    Queue* emptyQ = &obj->q1;
    Queue* nonemptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyQ = &obj->q2;
        nonemptyQ = &obj->q1;
    }
    //倒数据
    while(QueueSize(nonemptyQ) > 1)
    {
        QueuePush(emptyQ,QueueFront(nonemptyQ));
        QueuePop(nonemptyQ);
    }
    
    int top = QueueFront(nonemptyQ);
    QueuePop(nonemptyQ);

    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
    return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);

    free(obj);
}

测试用例

void TestMyStack()
{
	MyStack* ST = myStackCreate();
	myStackPush(ST, 1);
	myStackPush(ST, 2);
	myStackPush(ST, 3);
	myStackPush(ST, 4);
	myStackPush(ST, 5);
	printf("%d\n", myStackTop(ST));

	printf("%d\n", myStackPop(ST));
	printf("%d\n", myStackPop(ST));

	printf("%d\n", myStackTop(ST));

	while (!myStackEmpty(ST))
	{
		printf("%d ", myStackPop(ST));
	}
	printf("\n");

	myStackFree(ST);

}

int main()
{
	TestMyStack();
	return 0;
}