数据结构：栈和队列详解（下）

一.如何用队列实现栈

原题来源：https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/description/
前言：通过这篇文章我们的主要目的就是加深我们对栈和队列的理解以及其相互实现的算法的互通性，首先我们需要了解队列和栈的结构：队列是一个先进先出的结构，类似于我们生活中的饮水机，而栈则是一个先进后出的结构，呈现出层层叠叠的结构

并且还有一个重要的区别就在于队列一般使用链表实现而栈则主要通过数组实现 ，其中的原因自然是涉及到时间复杂度 的问题，这里就不再过多赘述，在上一篇文章我应该也有所涉及，接下来就是正式展示如何用队列实现栈的具体思路 和代码

1.思路：

当我们在使用先进先出的队列来实现先进后出的栈时，我们可以先从一个简单的例子开始，比如我往队列里插入1234这四个数据，那我就必须通过栈的方式（即4321的顺序）将其输出

通过观察我们可以发现如果要用队列输出栈，就需要我们每次先输出队列中最后一个数据，因此顺着这样的思路，光光一个队列明显是不够的，因此我们可以大胆设想如果有两个队列供我们使用，当我们想要将1234以4321的形式输出时，我们可以先将有1234的队列的前三个数据先存到另外一个队列中以便输出4，当然，3的输出也如法炮制，

这样通过在两个队列中的"反复横跳"，我们就可以轻易实现利用队列来实现栈这样的操作，具体要求如下：

理论成立，接下来就是代码的实现了：

2.具体代码：

cs 复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//保函了动态申请malloc，realloc邓一系列函数
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//定义结点结构
typedef int QDataTpe;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueneNode* next;
	QDataTpe data;
}QueueNode;



//定义队列的结构
typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;//队头
	QueueNode* ptail;//队尾
	int size;
}Queue;

//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
    pq->size=0;
}

//入队（从队尾入）
void QueuePush(Queue* pq, QDataTpe x)
{
	assert(pq);
	//申请一个结点
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc failed");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	//队列为空，newnode是对头也是队尾
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else //队列非空，尾插
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
	pq->size++;
}
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == 0;
}

//出队（从队头出）
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//只有一个结点的情况下，要把队尾和队头的两个指针都考虑到
	if (pq->phead == pq->ptail)
	{
		free(pq->ptail);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	QueueNode* next = pq->phead->next;
	free(pq->phead);
	pq->phead = next;  
	pq->size--;
}

//取队头数据
QDataTpe QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}
//取队尾数据
QDataTpe QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}
//队列的销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
//取队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	return pq->size;
}
///以上是队列的常用方法

typedef struct
{
	Queue q1;
	Queue q2;//定义两个队列

} MyStack;

//初始化
MyStack* myStackCreate()
{
	MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
	QueueInit(&pst->q1);
	QueueInit(&pst->q2);


	return pst;
}
//插入
void myStackPush(MyStack* obj, int x)
{
	//往不为空队列插入数据
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))
	{
		QueuePush(&obj->q1, x)
	}
	else
	{
		QueuePush(&obj->q2, x);

	}
}

int myStackPop(MyStack* obj)
{
	//找不为空的队列，将不为空队列的前size-1个苏剧导入空队列
	Queue* emp = &obj->q1;
	Queue* noneEmp = &obj->q2;
	if (QueueEmpty(&obj->q2))
	{
		emp = &obj->q2;
		noneEmp = &obj->q1;
	}
	while (QueueSize(noneEmp) > 1)
	{
		//把noneEmp中的队头元素导入到空队列
		QueuePush(emp, QueueFront(noneEmp));
		QueuePop(noneEmp);
	}
	int top = QueueFront(noneEmp);
	QueuePop(noneEmp);
	return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj)
{
	//取不为空队列中的队尾数据
	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);
	obj = NULL;


}

二.如何用栈实现队列

原题出自：https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/description/