用栈模拟实现队列(c语言版)

前言

用"栈实现队列",力扣中一道oj题,可以帮助刚接触"栈"和"队列"的新手更好的理解栈和队列这两种结构.

题目来源于力扣:
题目链接:https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/
难度:简单

一、队列的各接口:

1.1 类型的声明(MyQueue):

//模拟队列类型的声明
typedef struct {
    ST stackpush;		//用于模拟队列的 入队操作
    ST stackpop;		//用于模拟队列的 出队操作
} MyQueue;

这里是借助两个栈用于模拟队列.
①:stackpush 模拟队列的入队
②:stackpop 模拟队列的出队

1.2 初始化(myQueueCreate):

该队列是由两个栈实现的,所以重点关注两个栈的初始化即可.

步骤:

1. 申请两个栈大小的空间.
   申请失败时判断一下.
2. 对队列中的两个栈,一次调用他们的初始化函数.(这个千万别漏掉了,牛牛漏掉之后找了好久的问题)

//队列的初始化
MyQueue* myQueueCreate() {
	//给队列开辟空间
    MyQueue* obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if(obj==NULL)
    {
        perror("obj malloc fail");
    }
    //一定要记得这里要初始化(别漏掉了哦)
    InitST(&obj->stackpush);
    InitST(&obj->stackpop);
    return obj;
}

1.3 入队列(myQueuePush)

对于入队列的模拟实现很简单,只需要将数据压入栈(模拟入队列:stackpush)即可.

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    assert(obj);
    STPush(&obj->stackpush,x);
}

1.4 出队列(myQueuePop)

函数要求:
将队首元素出队,并且返回刚刚出队的队首元素.

模拟出队相对复杂一些.

1. 初始状态下或者stackpop(模拟出队的栈)数据出队列到空时,里面是没有数据的,所以先判断stackpop是否有数据.
   有数据:则直接获取stackpop的栈顶元素作为队首元素.
   无数据:将数据从模拟入队列栈全部倒过来.(倒数据)
2. 获取stackpop的栈顶元素作为队首元素,使用top变量记录下来.(因为后面要执行出栈操作).
3. 出栈(模拟出队列),并返回top变量.

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
     assert(obj);
     if(STEmpty(&obj->stackpop))//如果栈(stackpop模拟出队列的栈)为空,则向栈(stackpush模拟入队列的栈)要数据
     {
     		//下面循环结束的条件是不为空
          while(!STEmpty(&obj->stackpush))//将数据从模拟入队列栈全部倒过来
        {
            //将栈(stackpush模拟入队)的栈顶元素依次压入栈(stackpop模拟出栈)
            STPush(&obj->stackpop,STTop(&obj->stackpush));
            STPop(&obj->stackpush);
        }
     }
    int top=STTop(&obj->stackpop);//记录用来模拟出队列的栈的栈顶元素;
    STPop(&obj->stackpop);
    return top;
}

1.5 队列的判空(myQueueEmpty)

当两个栈中都没有元素时,则队列为空.

//写法1

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    if(STEmpty(&obj->stackpush)&&STEmpty(&obj->stackpop))//如果都为空,则为空栈
    {
        return true;
    }
    else 
    return false;
}

//写法2.

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return STEmpty(&obj->stackpush)	&&	STEmpty(&obj->stackpop);
}

1.6 返回队首元素(myQueuePeek):

1. stackpop不为空时,则队首元素就是stackpop的栈顶元素.
2. stackpop为空时,则队首元素就是stackpush的栈底元素.
   所以这里也需要倒数据.

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    assert(obj);
    if(STEmpty(&obj->stackpop))//如果栈(stackpop模拟出队列)为空,则向栈(stackpush模拟入队列)要数据
     {
        while(!STEmpty(&obj->stackpush))
        {
            //将栈(stackpush模拟入队)的栈顶元素依次压入栈(stackpop模拟出队列)
            STPush(&obj->stackpop,STTop(&obj->stackpush));
            STPop(&obj->stackpush);
        }
    }
    int top=STTop(&obj->stackpop);//记录用来模拟出队列的栈的栈顶元素;
    return top;
}

与myQueuePop(出队列)函数比较,此函数只是将队首元素返回,并没有指向pop出队操作.
所以我们在实现myQueuePop函数时可以复用一下myQueuePeek函数.

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    int top=myQueuePeek(obj);
    STPop(&obj->stackpop);
    return top;
}

1.7 队列的销毁(myQueueFree):

1. 释放两个栈初始化开辟的空间
2. 释放队列申请的空间.

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestory(&obj->stackpush);
    STDestory(&obj->stackpop);
    free(obj);
}

二、总代码:

前面的代码是栈的实现,由于c语言不能像c++那样直接调用库.

typedef  int stacktype;

typedef struct stack//定义栈的类型
{
	stacktype* data;
	int top;
	int capacaity;
}ST;
void InitST(ST* ps);//初始化栈
void STPush(ST* ps, stacktype x);//压栈
void STPop(ST* ps);//出栈
bool STEmpty(ST* ps);//判断是否为空栈
stacktype STTop(ST* ps);//返回栈顶元素
void STDestory(ST* ps);//栈的销毁

void InitST(ST* ps)//初始化栈
{
	assert(ps);
	ps->top = -1;
	ps->capacaity = 4;
	ps->data = (stacktype*)malloc(ps->capacaity * sizeof(stacktype));

}

void STPush(ST* ps, stacktype x)//压栈
{
	assert(ps);
	if (ps->top+1 == ps->capacaity)
	{
		ps->capacaity *= 2;
		ST* tmp = (stacktype*)realloc(ps->data, ps->capacaity * sizeof(stacktype));
		if(tmp == NULL)
		{
			printf("增容失败\n");
		}
		ps->data = tmp;
	}
	ps->top++;
	ps->data[ps->top] = x;
	
}


void STPop(ST* ps)//出栈
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}

bool STEmpty(ST* ps)//判断是否为空栈,是空返回真
{
	assert(ps);
	if (ps->top == -1)
	{
		return true;
	}
	return false;
}
stacktype STTop(ST* ps)//返回栈顶元素
{
	assert(ps);
	return ps->data[ps->top];
}
void STDestory(ST* ps)//销毁栈
{
	assert(ps);
	free(ps->data);
	ps->data = NULL;
	ps->top = -1;
	ps->capacaity = 0;
}


//模拟队列类型的声明
typedef struct {
    ST stackpush;
    ST stackpop;
} MyQueue;

//队列的初始化
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if(obj==NULL)
    {
        perror("obj malloc fail");
    }
    //一定要记得这里要初始化
    InitST(&obj->stackpush);
    InitST(&obj->stackpop);
    return obj;
}

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    assert(obj);
    STPush(&obj->stackpush,x);
}

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
     assert(obj);
     if(STEmpty(&obj->stackpop))//如果栈(stackpop模拟出栈)为空,则向栈(stackpush模拟入栈)要数据
     {
          while(!STEmpty(&obj->stackpush))
        {
            //将栈(stackpush模拟入队)的栈顶元素依次压入栈(stackpop模拟出栈)
            STPush(&obj->stackpop,STTop(&obj->stackpush));
            STPop(&obj->stackpush);
        }
     }
    int top=STTop(&obj->stackpop);//记录用来模拟出队列的栈的栈顶元素;
    STPop(&obj->stackpop);
    return top;
}


bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    if(STEmpty(&obj->stackpush)&&STEmpty(&obj->stackpop))//如果都为空,则为空栈
    {
        return true;
    }
    else 
    return false;
    //return STEmpty(&obj->stackpush)&&STEmpty(&obj->stackpop);
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if(STEmpty(&obj->stackpop))//如果栈(stackpop模拟出栈)为空,则向栈(stackpush模拟入栈)要数据
     {
        while(!STEmpty(&obj->stackpush))
        {
            //将栈(stackpush模拟入队)的栈顶元素依次压入栈(stackpop模拟出栈)
            STPush(&obj->stackpop,STTop(&obj->stackpush));
            STPop(&obj->stackpush);
        }
    }
    int top=STTop(&obj->stackpop);//记录用来模拟出队列的栈的栈顶元素;
    return top;
    //return STTop(&obj->stackpop);
}


void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestory(&obj->stackpush);
    STDestory(&obj->stackpop);
    free(obj);
}

运行结果: