用两个栈（Stack）实现一个队列（Queue）

Posted 2020-09-08

用C++描述，题目大致是这样的：
 
已知下面Stack类及其3个方法Push、Pop和 Count，请用2个Stack实现Queue类的入队(Enqueue)出队(Dequeue)方法。
 
class Stack
{
…
public:
         void Push(int x); // Push an element in stack;
         int Pop();  // Pop an element out of stack;
         int Count() const;     // Return the number of the elements in stack;
…
};
 
class Queue
{
…
public:
         void Enqueue(int x);
         int Dequeue();
 
private:
         Stack s1;
         Stack s2;
…
};

大多数人的思路是：始终维护s1作为存储空间，以s2作为临时缓冲区。

入队时，将元素压入s1。

出队时，将s1的元素逐个“倒入”（弹出并压入）s2，将s2的顶元素弹出作为出队元素，之后再将s2剩下的元素逐个“倒回”s1。

见下面示意图：

上述思路，可行性毋庸置疑。但有一个细节是可以优化一下的。即：在出队时，将s1的元素逐个“倒入”s2时，原在s1栈底的元素，不用“倒入”s2（即只“倒”s1.Count()-1个），可直接弹出作为出队元素返回。这样可以减少一次压栈的操作。约有一半人，经提示后能意识到此问题。

 

上述思路，有些变种，如：

入队时，先判断s1是否为空，如不为空，说明所有元素都在s1，此时将入队元素直接压入s1；如为空，要将s2的元素逐个“倒回”s1，再压入入队元素。

出队时，先判断s2是否为空，如不为空，直接弹出s2的顶元素并出队；如为空，将s1的元素逐个“倒入”s2，把最后一个元素弹出并出队。

有些人能同时想到大众方法和变种，应该说头脑还是比较灵光的。

 

相对于第一种方法，变种的s2好像比较“懒”，每次出队后，并不将元素“倒回”s1，如果赶上下次还是出队操作，效率会高一些，但下次如果是入队操作，效率不如第一种方法。我有时会让面试者分析比较不同方法的性能。我感觉（没做深入研究），入队、出队操作随机分布时，上述两种方法总体上时间复杂度和空间复杂度应该相差无几（无非多个少个判断）。

 

真正性能较高的，其实是另一个变种。即：

入队时，将元素压入s1。

出队时，判断s2是否为空，如不为空，则直接弹出顶元素；如为空，则将s1的元素逐个“倒入”s2，把最后一个元素弹出并出队。

这个思路，避免了反复“倒”栈，仅在需要时才“倒”一次。但在实际面试中很少有人说出，可能是时间较少的缘故吧。