【数据结构初阶】栈与队列笔试题

前言

在我们学习了栈和队列之后，今天来通过几道练习题来巩固一下我们的知识。

题目一 用栈实现队列

题目链接：232. 用栈实现队列 - 力扣（Leetcode）

这道题难度不是很大，重要的是我们对结构认识的考察，由于这篇文章我们是通过C语言解决的，所以我们必须先去构造一个栈，并且可以进行栈的各种操作，最终实现队列的实现。

typedef int datetype;

typedef struct Stack
{
    datetype* a;
    int capacity;
    int top;
}stack;
//初始化
void stackInit(stack* p);
//销毁
void stackDestroy(stack* p);
//入栈
void stackPush(stack* p, datetype x);
//出栈
void stackPop(stack* p);
//取栈顶数据
datetype stackTop(stack* p);
//数据个数
int stackSize(stack* p);
//判断是否为空
bool stackEmpty(stack* p);
bool isValid(char* s);
void stackInit(stack* p)
{
    assert(p);
    p->a = NULL;
    p->capacity = 0;
    p->top = 0;
}
void stackPush(stack* p,datetype x)
{
    assert(p);
    if (p->capacity == p->top)
    {
        int newCapacity = p->capacity == 0 ? 4 : 2 * p->capacity;
        datetype* tmp = (datetype*)realloc(p->a, newCapacity * sizeof(datetype));
        if (tmp == NULL)
        {
            perror("realloc");
            exit(-1);
        }
        p->a = tmp;
        p->capacity=newCapacity;
    }
    
    p->a[p->top] = x;
    p->top++;
}

void stackPop(stack* p)
{
    assert(p);
    assert(!stackEmpty(p));
    p->top--;
}

void stackDestroy(stack* p)
{
    assert(p);
    if (p->capacity == 0)
        return;
    free(p->a);
    p->a = NULL;
    p->capacity = 0;
    p->top = 0;
}

datetype stackTop(stack* p)
{
    assert(p);
    assert(!stackEmpty(p));
    return p->a[p->top-1];
}

bool stackEmpty(stack* p)
{
    assert(p);

    return p->top==0;
}
int stackSize(stack* p)
{
    assert(p);

    return p->top;
}
//定义进行出数据和入数据的栈
typedef struct {
    stack pushST;
    stack popST;
} MyQueue;

//创建队列，使用两个栈来实现
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* tmp=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    stackInit(&tmp->pushST);
    stackInit(&tmp->popST);
    return tmp;
}
//直接将数据入pushST
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    stackPush(&obj->pushST,x);
}
//如过popST内不为空，直接输出数据，如果为空,将pushST数据都入到popST内
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    if(stackEmpty(&obj->popST))
    {
        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))
    {
        while(!stackEmpty(&obj->pushST))
        {
            stackPush(&obj->popST,stackTop(&obj->pushST));
            stackPop(&obj->pushST);
        }
        
    }

    return stackTop(&obj->popST);
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return stackEmpty(&obj->pushST)&&stackEmpty(&obj->popST);
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    stackDestroy(&obj->pushST);
    stackDestroy(&obj->popST);
    free(obj);
    obj=NULL;
}

这道题我们使用两个栈，一个栈负责出数据，一个栈负责入数据，当入数据时，直接push即可，当出数据时，我们使用两个栈配合，使用栈先入先出的特点，将pushST的内容入到popST时，数据就已经变成了逆序，所以在popST栈内，直接出就可以实现队列的先入后出的功能。

题目二 用队列实现栈

题目链接：225. 用队列实现栈 - 力扣（Leetcode）

这道题与上道题类似，都是对结构的考察，使用队列先入先出的特点，通过两个队列之前出数据入数据后，可以实现栈的功能，当一个队列出队进入另外一个队列，只剩一个数据时，直接将这个数据出队列，两个队列互相配合，最终将所有数出队，实现栈的功能。

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
    struct QueueNode* next;
    QDataType data;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
    QueueNode* head;
    QueueNode* tail;
    // size_t _size;
}Queue;

//void QueueInit(QueueNode** pphead, QueueNode** pptail);
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);

void QueueInit(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    pq->head = NULL;
    pq->tail = NULL;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    QueueNode* cur = pq->head;
    while (cur != NULL)
    {
        QueueNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }

    pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
    assert(pq);
    QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;

    if (pq->head == NULL)
    {
        pq->head = pq->tail = newnode;
    }
    else
    {
        pq->tail->next = newnode;
        pq->tail = newnode;
    }
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    //if (pq->head == NULL)
    //    return;
    assert(!QueueEmpty(pq));

    QueueNode* next = pq->head->next;
    free(pq->head);
    pq->head = next;
    if (pq->head == NULL)
    {
        pq->tail = NULL;
    }
}

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;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
    assert(pq);

    int n = 0;
    QueueNode* cur = pq->head;
    while (cur)
    {
        ++n;
        cur = cur->next;
    }

    return n;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    return pq->head == NULL;
}

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


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* ret =(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&ret->q1);
    QueueInit(&ret->q2);
    return ret;
}

//哪个队列不为空，就在哪个队列入数据
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}
//找到为空和不为空的队列，将不为空的队列出为只剩一个数据，直接出这个数据
int myStackPop(MyStack* obj) {
    Queue* empty = &obj->q1;
    Queue* nonempty = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        empty = &obj->q2;
        nonempty = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(nonempty)>1)
    {
        QueuePush(empty,QueueFront(nonempty));
        QueuePop(nonempty);
    }
    int ret=QueueFront(nonempty);
    QueuePop(nonempty);
    return ret;
}

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);
}

题目三 设计循环队列

题目链接：622. 设计循环队列 - 力扣（Leetcode）

我们之前实现队列是使用链表来实现的，当然也可以使用顺序表来实现，考虑到这道题循环队列的特殊结构，我们使用顺序表和链表两种方式来解决这个问题。

方法一：使用链表解决

首先定义每个结点的结构，再定义一个结构来存head，tail，数据个数size，最大容量capacity,当数据个数等于最大容量时，说明队列已满，当数据个数size为0时，说明队列为空。

typedef struct qNode
{
    int data;
    struct qNode* next;
}qNode;

typedef struct {
    qNode* head;
    qNode* tail;
    int size;
    int capacity;
} MyCircularQueue;

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* cq=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    cq->head=cq->tail=NULL;
    cq->capacity=k;
    cq->size=0;

    return cq;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    qNode* newNode=(qNode*)malloc(sizeof(qNode));
    newNode->data=value;
    newNode->next=NULL;

    if(obj->size==0)
    {
        obj->head=obj->tail=newNode;
    }
    else
    {
        obj->tail->next=newNode;
        obj->tail=newNode;
    }
    obj->size++;

    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    qNode* next=obj->head->next;
    free(obj->head);
    obj->head=next;
    obj->size--;
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->head->data;
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->tail->data;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return !obj->size;
}
 
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->size==obj->capacity;
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        free(obj);
        return;
    }
    qNode* cur=obj->head;
    while(cur!=obj->tail)
    {
        qNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    free(obj);
    obj=NULL;
}

方法二：使用顺序表解决

使用顺序表，当head==tail时，说明队列为空，当head==tail+1时，说明队列为满。

typedef struct {
    int* a;
    int head;
    int tail;
    int capacity;
} MyCircularQueue;

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* cq=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    cq->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    cq->head=cq->tail=0;
    cq->capacity=k;
    return cq;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->head==obj->tail;
}
 
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->tail+1)%(obj->capacity+1)==obj->head;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->a[obj->tail++]=value;
    obj->tail = obj->tail % (obj->capacity+1);
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->head++;
    obj->head=obj->head%(obj->capacity+1);
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->a[obj->head];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->a[obj->tail];
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}

总结

我们今天讲解了栈与队列的笔试题，希望可以得到大家的支持。