【C语言】栈和队列的相互实现
目录
用队列实现栈
代码实现
完整代码
用栈实现队列
代码实现
完整代码
用队列实现栈
力扣链接：用队列实现栈
这个题目，使用队列模拟实现栈，我们是使用C语言来实现，由于C语言没有相应的库所以我们要先手写一个队列出来，在此之前我们还要对队列和栈的性质有所了解 ，可以参考我之前写的文章——（队列的模拟实现）和（栈的模拟实现）
方法：两个队列
为了满足栈的特性，即最后入栈的元素最先出栈，在使用队列实现栈时，应满足队列前端的元素是最后入栈的元素。所以我们可以使用两个队列实现栈的操作，其中一个队列用来存储栈内的元素，另一个队列用来倒数据。
入栈操作：把数据入队到其中一个队列中，另一个队列保持为空队列。
出栈操作：将存储了栈内元素的队列倒到另一个空的队列中，当倒了只剩下一个数据时停止，将这个数据出队就达到了出栈的效果。
代码实现
创建两个队列
typedef struct
{
Queue q1;
Queue q2;
} MyStack;
初始化
MyStack* myStackCreate() {
MyStack* obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
QueueInit(&obj->q1);
QueueInit(&obj->q2);
return obj;
}
首先看一下这样写行不行？
这样写当然是不行的，因为它是带返回值的，所以我们要返回我们创建的地址，但是st是局部变量，出了这个函数就销毁了，那你接受到的只能是野指针。
所以这里只能用静态的或者malloc动态的，出了这个函数也不会被销毁，但是malloc更好，那我们就用malloc的，然后初始化这两个队列 就行了。
入栈
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
QueuePush(&obj->q1,x);
}
else
{
QueuePush(&obj->q2,x);
}
}入栈就很简单了，我们就向队列不为空的入数据，如果两个队列都为空，向哪个队列入数据都行。
出栈
int myStackPop(MyStack* obj) {
Queue* emptyQ=&obj->q1;
Queue* nonEmptyQ=&obj->q2;
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
emptyQ=&obj->q2;
nonEmptyQ=&obj->q1;
}
while(QueueSize(nonEmptyQ)>1)
{
QueuePush(emptyQ,QueueFront(nonEmptyQ));
QueuePop(nonEmptyQ);
}
int top=QueueFront(nonEmptyQ);
QueuePop(nonEmptyQ);
return top;
}这里就需要倒数据了，但是我们不知道哪个为空，哪个不为空，我们可以用假设法。先假设一个为空 ，一个不为空，再来一个if语句判断一下，确定哪个为空，哪个不为空。然后将非空队列的数据倒入空的队列中去，当非空对列倒的只剩下一个数据时就停止，最后pop掉这个数据。
获取栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj) {
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
return QueueBack(&obj->q1);
}
else
{
return QueueBack(&obj->q2);
}
}
因为我们是用队列来模拟实现栈的，那我们既可以取到对头的数据，也可以取到队尾的数据，这里我们只用取队尾的数据就行了，只需判断哪个不为空，取那个就行。
判空
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}注意这里是&&而不是|| ，我们是用两个队列来模拟栈，只有当两个队列都为空时，栈才是空。
销毁栈
void myStackFree(MyStack* obj) {
QueueDestroy(&obj->q1);
QueueDestroy(&obj->q2);
free(obj);
}
我们不仅要销毁这两个队列，还要free掉队列中指针指向的链表。
完整代码
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
struct QueueNode* next;
QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
int size;
QNode* head;
QNode* tail;
}Queue;
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
//对尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//对头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//获取对列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->size = 0;
pq->head = pq->tail = NULL;
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = pq->tail = NULL;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
printf("malloc fail\n");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
pq->size++;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
//1.一个节点
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = pq->tail = NULL;//避免野指针问题
}
//2.多个节点
else
{
QNode* next = pq->head->next;
free(pq->head);
pq->head = next;
}
pq->size--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->head == NULL;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
/*int size = 0;
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
size++;
cur = cur->next;
}*/
return pq->size;
}
typedef struct
{
Queue q1;
Queue q2;
} MyStack;
MyStack* myStackCreate() {
MyStack* obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
QueueInit(&obj->q1);
QueueInit(&obj->q2);
return obj;
}
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;
}
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);
}用栈实现队列
力扣链接：用栈实现队列
这个题目是用栈实现队列，我们依然使用C语言来写，C语言没有相应的库，所以我们还是要先手写一个栈才能实现题目中要求的函数接口。
方法：两个栈
一个队列是先进先出，一个栈是先进后出，新进的数据肯定是在栈底。我们可以这样做，指定一个栈专门进数据，指定另外一个栈专门出数据。
入队操作：向push栈中入数据。
出对操作：将push栈中的数据全部倒入pop栈中，pop栈中数据的顺序刚好与push栈中的数据顺序相反，正好满足队列的性质，最后在push栈的栈顶出数据就行了。
代码实现
创建两个栈
typedef struct {
ST pushst;
ST popst;
} MyQueue;指定一个栈专门进数据，指定另外一个栈专门出数据。
初始化
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
StackInit(&obj->pushst);
StackInit(&obj->popst);
return obj;
}销毁队列
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
StackDestroy(&obj->popst);
StackDestroy(&obj->pushst);
free(obj);
}初始化和销毁队列的方法和上面题目的方法一致，就不多讲了。
入队
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
StackPush(&obj->pushst,x);
}
入对只需要push进栈就行啦。
出队
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
if(StackEmpty(&obj->popst))
{
//如果pop栈为空，则把push栈的数据倒过来
while(!StackEmpty(&obj->pushst))
{
StackPush(&obj->popst,StackTop(&obj->pushst));
StackPop(&obj->pushst);
}
}
int front=StackTop(&obj->popst);
StackPop(&obj->popst);
return front;
}首先要判断一下popst栈为不为空，如果为空，则把push栈的数据倒过来，不为空就直接在pop栈出数据。
取对头元素
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
if(StackEmpty(&obj->popst))
{
//如果pop栈为空，则把push栈的数据倒过来
while(!StackEmpty(&obj->pushst))
{
StackPush(&obj->popst,StackTop(&obj->pushst));
StackPop(&obj->pushst);
}
}
return StackTop(&obj->popst);
}这个就简单了，只需要取pop栈的栈顶的数据返回就可以了。
判空
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return StackEmpty(&obj->popst)&&StackEmpty(&obj->pushst);
}
两个栈等于一个队列，所以两个栈都需要判空。 和上面的题目一样。
完整代码
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int top;
int capacity;
}ST;
//初始化栈
void StackInit(ST* ps);
//销毁栈
void StackDestroy(ST* ps);
//进栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x);
//出栈
void StackPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps);
//判空
bool StackEmpty(ST* ps);
//栈的元素个数
int StackSize(ST* ps);
void StackInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->a = NULL;
ps->top = 0;
ps->capacity = 0;
}
void StackDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType)* newcapacity);
if (tmp == NULL)
{
printf("realloc fail\n");
exit(-1);
}
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
void StackPop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
ps->top--;
}
STDataType StackTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
return ps->a[ps->top - 1];
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
int StackSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
typedef struct {
ST pushst;
ST popst;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
StackInit(&obj->pushst);
StackInit(&obj->popst);
return obj;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
StackPush(&obj->pushst,x);
}
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
if(StackEmpty(&obj->popst))
{
//如果pop栈为空，则把push栈的数据倒过来
while(!StackEmpty(&obj->pushst))
{
StackPush(&obj->popst,StackTop(&obj->pushst));
StackPop(&obj->pushst);
}
}
int front=StackTop(&obj->popst);
StackPop(&obj->popst);
return front;
}
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
if(StackEmpty(&obj->popst))
{
//如果pop栈为空，则把push栈的数据倒过来
while(!StackEmpty(&obj->pushst))
{
StackPush(&obj->popst,StackTop(&obj->pushst));
StackPop(&obj->pushst);
}
}
return StackTop(&obj->popst);
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return StackEmpty(&obj->popst)&&StackEmpty(&obj->pushst);
}
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
StackDestroy(&obj->popst);
StackDestroy(&obj->pushst);
free(obj);
}总结：这两个题目是很相似的，你会写其中一个，那么另一个也不是什么难事。