LeetCode.225. 用队列实现栈

题目

225. 用队列实现栈

请你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）。

实现 MyStack 类：

• void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
• int pop() 移除并返回栈顶元素。
• int top() 返回栈顶元素。
• boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

注意：

• 你只能使用队列的标准操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。

• 你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。注意：

• 你只能使用队列的标准操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。

• 你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

示例：

输入：
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 2, 2, false]

解释：
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

解题思路

使用两个队列 queue1 和 queue2 来模拟栈的行为。队列遵循先进先出（FIFO）原则，而栈遵循后进先出（LIFO）原则，所以需要通过特定的操作来转换这种特性。

1. push

• 目的：将元素 x 压入栈顶。
• 思路：选择非空队列（如果两个队列都为空，则任选一个），将 x 加入该队列的尾部。

2. pop

• 目的：移除并返回栈顶元素。
• 思路：
  • 队列是 FIFO ，栈顶元素在队列的尾部。要将除了最后一个元素之外的其他元素都移动到另一个队列中。将 nonempty 中的元素依次出队并加入到 empty 中，直到 nonempty 中只剩下一个元素，这个元素就是栈顶元素。
  • 将 nonempty 中剩下的这个元素出队并返回。

3. empty

• 目的：判断栈是否为空。
• 思路：由于栈是由两个队列模拟的，当两个队列都为空时，栈才为空。所以只需要检查 queue1 和 queue2 是否都为空即可。
  

Code

Queue.h

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

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(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);

Queue.c

void QueueInit(Queue* pq) {
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueueDestory(Queue* pq) {
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur) {
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) {
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL) {
		perror("malloc fail\n");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->ptail == NULL) {
		assert(pq->phead == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

void QueuePop(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	// one node
	if (pq->phead->next == NULL) {
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	// more node
	else {
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}
int QueueSize(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq) {
	assert(pq);
	//return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
	return pq->size == 0;
}

Stack.c

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


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if(obj == NULL){
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    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* pEmptyQ = &obj->q1;
    Queue* pNonEmptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
        pEmptyQ = &obj->q2;
        pNonEmptyQ = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(pNonEmptyQ)>1){
        QueuePush(pEmptyQ,QueueFront(pNonEmptyQ));
        QueuePop(pNonEmptyQ);
    }
    int top = QueueBack(pNonEmptyQ);
    QueuePop(pNonEmptyQ);
    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) {
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);
}