程序员面试题精选100题(02)－包含main函数的栈
问题：定义栈的数据结构，要求添加一个min函数，能够得到栈的最小元素。要求函数min、push以及pop的时间复杂度都是O(1)。
分析：使用链栈和顺序栈的push，pop的时间复杂度都是o(1)，要求min的时间复杂度为o(1)，高级数据结构的斐波那契堆就是通过一个指向最小元素的指针来实现min函数的，并保证了其时间复杂度为O(1)。因此，该堆栈需要新增一个元素minPoint指针。假设目前minPoint指针指向最小元素，push(data)，若data比minPoint指向的元素还小，那么minPoint指向data。再pop()，此时minPoint指向的最小元素不再存在于堆栈中，需要修改minPoint指针。因此，仅仅依靠一个minPoint指针无法顺利实现功能。考虑用另外一个堆栈minStack来存储minPoint指针依次指向的元素，其中minStack的首元素指向当前的最小元素。当push(data)，且data比最小元素还小时，把新节点入minStack；否则，直接把data入栈。当pop()时，如果当前要弹出的元素是栈的最小元素，则在minStack中同时出栈，以更改最小元素；否则只弹出当前栈定元素。
代码
stack.h
#ifndef _MACRO_1_
#define _MACRO_1_
#define OK 1
#define ERROR 0
typedef int Status;
typedef int ElemType;
//节点类型
typedef struct node{
int m_value;
struct node* next;
}Node;
typedef struct{
Node *top; //栈顶指针
Node *pmin; //指向栈中最小的值
unsigned int stacksize; //栈的大小
}stack;
Status initStack(stack& s);
Status push(stack& s,ElemType& e);
Status pop(stack& s,ElemType& e);
Status getTop(stack s, ElemType& e);
bool stackEmpty(stack s);
Status min(stack s,ElemType& e);
#endif
stack.cpp
#include "stack.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define NULL 0
//初始化栈的信息
Status initStack(stack& s)
{
s.top = NULL;
s.pmin = NULL;
s.stacksize = 0;
return OK;
}
//入栈操作
Status push(stack& s, ElemType& e)
{
//开始的时候栈为空
if(stackEmpty(s)){
s.top = (Node*)malloc(sizeof(Node));
if(!s.top){
printf("malloc error.\n");
return ERROR;
}
s.top->m_value = e;
s.top->next = NULL;
s.pmin = s.top; //第一入栈元素，min指向top
s.stacksize =1;
}
else{
Node* pNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
pNode->m_value = e;
pNode->next = NULL;
pNode->next = s.top;
s.top = pNode;
Node *pTemp = (Node*)malloc(sizeof(Node));
pTemp->m_value = s.pmin->m_value;
pTemp->next = s.pmin;
if(s.pmin->m_value > pNode->m_value){
pTemp->m_value = e;
}
s.pmin = pTemp;
s.stacksize++;
}
return OK;
}
//出栈操作
Status pop(stack& s,ElemType& e)
{
if(!stackEmpty(s)){
Node* pNode = s.top;
e = s.top->m_value;
s.top = s.top->next;
free (pNode);
if(s.pmin->m_value == e){
Node * pTemp = s.pmin;
s.pmin = s.pmin->next;
free (pTemp);
}
return OK;
}
return ERROR;
}
//取栈顶元素
Status getTop(stack s,ElemType& e){
if(!stackEmpty(s)){
e = s.top->m_value;
return OK;
}
return ERROR;
}
bool stackEmpty(stack s)
{
return (s.top == NULL);
}
Status min(stack s,ElemType& e)
{
if(!stackEmpty(s)){
e = s.pmin->m_value;
return OK;
}
return ERROR;
}
main.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "stack.h"
int main()
{
ElemType e;
stack s;
initStack(s);
printf("请输入入栈的数字(0 to quit)\n");
scanf("%d",&e);
while(e){
if(!push(s,e)){
printf("入栈出问题。\n");
exit(0);
}
scanf("%d",&e);
}
if(getTop(s,e)){
printf("The top of the stack is %d\n",e);
}
else{
printf("取栈顶出错误！\n");
exit(0);
}
min(s,e);
printf("栈的最小值为: %d\n",e);
//printMin(s);
pop(s,e);
min(s,e);
printf("栈顶出栈后,栈的最小值为: %d\n",e);
return 0;
}