队列4：栈实现队列和队列实现栈

Posted 2021-08-27 纵横千里，捭阖四方

​栈的特点是后进先出，队的特点是先进先出。两个栈将底部拼接到一起就能实现队列的效果， 通过队列也能实现栈的功能。在很多地方能看到让你通过两个栈实现队列的题目，也有很多地方是两个队列实现栈的题目，我们就干脆一次看一下如何做。

这正好对应LeetCode232和225两道题

1.LeetCode232. 用栈实现队列

先看题意：

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾

int pop() 从队列的开头移除并返回元素

int peek() 返回队列开头的元素

boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false

说明：

你只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。

你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。

分析：

这个题的思路是：将一个栈当作输入栈，用于压入 push 传入的数据；另一个栈当作输出栈，用于pop 和 peek 操作。

每次pop 或 peek 时，若输出栈为空则将输入栈的全部数据依次弹出并压入输出栈，这样输出栈从栈顶往栈底的顺序就是队列从队首往队尾的顺序。

代码难度不算大：

class MyQueue {    Deque<Integer> inStack;    Deque<Integer> outStack;​    public MyQueue() {        inStack = new LinkedList<Integer>();        outStack = new LinkedList<Integer>();    }    public void push(int x) {        inStack.push(x);    }​    public int pop() {        if (outStack.isEmpty()) {            in2out();        }        return outStack.pop();    }​    public int peek() {        if (outStack.isEmpty()) {            in2out();        }        return outStack.peek();    }​    public boolean empty() {        return inStack.isEmpty() && outStack.isEmpty();    }​    private void in2out() {        while (!inStack.isEmpty()) {            outStack.push(inStack.pop());        }    }}

2.LeetCode225. 用队列实现栈

先看题意：

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 。

分析：这个问题首先想到的是使用两个队列来实现。其实还能用一个队列实现，我们分别看一下。

方法一：两个队列

为了满足栈的特性，即最后入栈的元素最先出栈，在使用队列实现栈时，应满足队列前端的元素是最后入栈的元素。可以使用两个队列实现栈的操作，其中 queue1用于存储栈内的元素，queue2作为入栈操作的辅助队列。

入栈操作时，首先将元素入队到 queue2，然后将 queue1的全部元素依次出队并入队到queue2，此时 queue2的前端的元素即为新入栈的元素，再将 queue 

1和queue2互换，则 queue1的元素即为栈内的元素，queue 1的前端和后端分别对应栈顶和栈底。

由于每次入栈操作都确保queue1的前端元素为栈顶元素，因此出栈操作和获得栈顶元素操作都可以简单实现。出栈操作只需要移除queue1的前端元素并返回即可，获得栈顶元素操作只需要获得 queue 1的前端元素并返回即可（不移除元素）。

由于 queue 1用于存储栈内的元素，判断栈是否为空时，只需要判断 queue 

1是否为空即可。

class MyStack {    Queue<Integer> queue1;    Queue<Integer> queue2;​​ public MyStack() {        queue1 = new LinkedList<Integer>();        queue2 = new LinkedList<Integer>();    }    public void push(int x) {        queue2.offer(x);        while (!queue1.isEmpty()) {            queue2.offer(queue1.poll());        }        Queue<Integer> temp = queue1;        queue1 = queue2;        queue2 = temp;    }        public int pop() {        return queue1.poll();    }    public int top() {        return queue1.peek();         public boolean empty() {        return queue1.isEmpty();    }}

方法二：使用一个队列

在网上看到，还可以使用一个队列来实现，一起看看：

使用一个队列时，为了满足栈的特性，即最后入栈的元素最先出栈，同样需要满足队列前端的元素是最后入栈的元素。

入栈操作时，首先获得入栈前的元素个数 n，然后将元素入队到队列，再将队列中的前 n 个元素（即除了新入栈的元素之外的全部元素）依次出队并入队到队列，此时队列的前端的元素即为新入栈的元素，且队列的前端和后端分别对应栈顶和栈底。

由于每次入栈操作都确保队列的前端元素为栈顶元素，因此出栈操作和获得栈顶元素操作都可以简单实现。出栈操作只需要移除队列的前端元素并返回即可，获得栈顶元素操作只需要获得队列的前端元素并返回即可（不移除元素）。

由于队列用于存储栈内的元素，判断栈是否为空时，只需要判断队列是否为空即可。

class MyStack {    Queue<Integer> queue;      public MyStack() {        queue = new LinkedList<Integer>();    }     public void push(int x) {        int n = queue.size();        queue.offer(x);        for (int i = 0; i < n; i++) {            queue.offer(queue.poll());        }    }     public int pop() {        return queue.poll();    }    public int top() {        return queue.peek();    }        public boolean empty() {        return queue.isEmpty();    }}