基础知识：
1.用队列实现栈
理解题意：
思路：
入栈：向不为空的队列中插入数据。
出栈：把不为空的队列中，前size-1个数据挪到另一个队列，再将最后一个数据出队列。
取栈顶：不能通过出栈来完成，需要找不为空的队列，返回队尾数据。
代码见下：
typedef int QDataType;
//定义结点结构
typedef struct QueueNode {
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QueueNode;
//定义队列的结构
typedef struct Queue {
QueueNode* phead;//队头
QueueNode* ptail;//队尾
int size;//队列中的有效个数
}Queue;
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QueueNode* cur = pq->phead;
while (cur)
{
QueueNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
//创建结点
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail!");
exit(1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
pq->size++;
//队列为空
if (pq->phead == NULL)
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
else {
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = pq->ptail->next;
}
}
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}
//出队列，队头
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(!QueueEmpty(pq));
pq->size--;
//只有一个结点
if (pq->phead == pq->ptail)
{
free(pq->phead);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
else {
QueueNode* next = pq->phead->next;
free(pq->phead);
pq->phead = next;
}
}
//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->phead->data;
}
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->ptail->data;
}
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
/*QueueNode* cur = pq->phead;
int size = 0;
while (cur)
{
++size;
cur = cur->next;
}
return size;*/
return pq->size;
}
//以上为队列的结构和常用方法
//定义两个队列
typedef struct {
Queue q1;
Queue q2;
} MyStack;
//创建一个栈
MyStack* myStackCreate() {
MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
QueueInit(&pst->q1);
QueueInit(&pst->q2);
return pst;
}
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
//向不为空的队列中插入数据
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
QueuePush(&obj->q1,x);
}
else{
QueuePush(&obj->q2,x);
}
}
int myStackPop(MyStack* obj) {
//栈不为空
Queue* Emp = &obj->q1;
Queue* noneEmp = &obj->q2;
if(QueueEmpty(&obj->q2))
{
Emp = &obj->q2;
noneEmp = &obj->q1;
}
//不为空队列的前size-1个数据挪到另一个队列
while(QueueSize(noneEmp) > 1)
{
// //取对头
// int front = QueueFront(&noneEmp);
// //入另一个队列
// QueuePush(&Emp,front);
//取对头,入另一个队列
QueuePush(Emp,QueueFront(noneEmp));
//出队列
QueuePop(noneEmp);
}
//不为空队列数据出队
int top = QueueFront(noneEmp);
QueuePop(noneEmp);
return top;
}
//取栈顶
int myStackTop(MyStack* obj) {
//找不为空队列返回不为空队列的队尾
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);
obj = NULL;
}
/**
* Your MyStack struct will be instantiated and called as such:
* MyStack* obj = myStackCreate();
* myStackPush(obj, x);
* int param_2 = myStackPop(obj);
* int param_3 = myStackTop(obj);
* bool param_4 = myStackEmpty(obj);
* myStackFree(obj);
*/2.用栈实现队列
理解题意：
思路：
入队列：往pushST插入数据
出队列：popST不为空直接出，否则将pushST中的数据先倒过去再出数据。
取对头：逻辑和出队列相似，但是不出数据，popST不为空，直接取对头，否则将popST中的数据导入过去，再取对头。
//定义栈的结构
typedef int STDataType;
typedef struct Stack {
STDataType* arr;
int top;//指向当前栈顶元素的索引--正好为栈中有效的数据个数
int capacity;//栈的空间大小
}ST;
//初始化
void STInit(ST* ps)
{
ps->arr = NULL;
ps->capacity = ps->top = 0;
}
//销毁
void STDesTroy(ST* ps)
{
if (ps->arr)
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
// ⼊栈
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
//判断空间是否足够
if (ps->top == ps->capacity)
{
//增容
int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail!");
exit(1);
}
ps->arr = tmp;
ps->capacity = newCapacity;
}
//空间足够
ps->arr[ps->top++] = x;
}
//栈是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
//出栈
void STPop(ST* ps)
{
assert(!STEmpty(ps));
ps->top--;
}
//取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
assert(!STEmpty(ps));
return ps->arr[ps->top - 1];
}
//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
//以上是栈结构的定义和常见方法
typedef struct {
ST pushST;
ST popST;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue* pq = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
STInit(&pq->pushST);
STInit(&pq->popST);
return pq;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
STPush(&obj->pushST,x);
}
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
//为空，先导入
if(STEmpty(&obj->popST))
{
while(!STEmpty(&obj->pushST))
{
//取栈顶,入popST栈，出栈
STPush(&obj->popST,STTop(&obj->pushST));
STPop(&obj->pushST);
}
}
//不为空直接出
int top = STTop(&obj->popST);
STPop(&obj->popST);
return top;
}
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
//为空，先导入
if(STEmpty(&obj->popST))
{
while(!STEmpty(&obj->pushST))
{
//取栈顶,入popST栈，出栈
STPush(&obj->popST,STTop(&obj->pushST));
STPop(&obj->pushST);
}
}
//不为空直接出
int top = STTop(&obj->popST);
return top;
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return STEmpty(&obj->popST) && STEmpty(&obj->pushST);
}
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
STDesTroy(&obj->pushST);
STDesTroy(&obj->popST);
free(obj);
obj =NULL;
}最终通过测试。
3.设计循环队列
循环队列的特点：
（1）对头删数据，队尾插入数据
（2）给定固定的空间，使用过程中不可以扩容
（3）环形队列满了，不能继续插入数据（即插入数据失败）
既可以由数组实现，也可以由循环链表实现。
理解题意：
思路：
初始化：链表需要申请四个结点并让其连接在一起，而数组只需要malloc四个字节大小的空间即可。
遍历：
使用数组：
环形队列为空：front == rear ，环形队列满了：front == rear
如何区分环形队列是空还是满？且不额外增加计数器成员来保存对列中的有效数据个数。
我们需要额外增加一个空间，只要满足：(rear + 1) % (k + 1) == front，即可。
代码如下：
typedef struct {
int* arr;
int front;//对头
int rear;//队尾
int capacity;//循环队列的空间大小
} MyCircularQueue;
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
MyCircularQueue* pq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
//申请k+1个空间
pq->arr = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
pq->front = pq->rear = 0;
pq->capacity = k;
return pq;
}
// 检查循环队列是否为空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
return obj->front == obj->rear;
}
//检查循环队列是否已满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
return (obj->rear+1)%(obj->capacity+1) == obj->front;
}
//插入
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
//判满判空
if(myCircularQueueIsFull(obj))
{
return false;
}
obj->arr[obj->rear++] = value;
obj->rear %= obj->capacity + 1;
return true;
}
//删除
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return false;
}
//非空
++obj->front;
obj->front %= obj->capacity+1;
return true;
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
return obj->arr[obj->front];
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
int prev = obj->rear -1;
if(obj->rear == 0)
{
prev = obj->capacity;
}
return obj->arr[prev];
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
if(obj->arr)
free(obj->arr);
free(obj);
obj = NULL;
}
本章完。