《剑指Offer》附加题_用两个队列实现一个栈_C++版

Posted 2020-10-03 DHUtoBUAA

　　在《剑指Offer》中，在栈和队列习题中，作者留下来一道题目供读者自己实现，即“用两个队列实现一个栈”。

　　在计算机数据结构中，栈的特点是后进先出，即最后被压入（push）栈的元素会第一个被弹出(pop);队列的特点是先进先出，即第一个进入队列的元素将会被第一个弹出来。虽然栈和队列特点是针锋相对，但是两者却相互联系，可以互相转换。

　　在“用两个队列实现一个栈”问题中，我们用两个队列的压入和弹出来模拟栈的压入和弹出。我们通过画图的手段把抽象的问题形象化。

　　在上图中，我们先往栈内压入一个元素a。由于两个队列现在都是空，我们可以选择把a插入两个队列中的任一个。我们不妨把a插入queue1，接下来继续网栈内压入b,c两个元素。我们把它们都插入queue1。这个时候 queue1包含3个元素a,b,c，其中a位于队列的头部，c位于队列的尾部。

　　现在我们考虑从栈内弹出一个元素。根据栈的后入先出的原则，最后被压入栈的c应该最先被弹出。由于c位于queue1的尾部，而我们每次只能从队列的头部删除元素，因此我们可以从queueu中依次删除a、b并插入到queue2中，再从queue1中删除c。这就相当于从栈中弹出元素c了。我们可以用同样的方法从栈内弹出元素b。

　　接下来我们考虑从栈内压入一个元素d.此时queue1已经有了一个元素，我们就把d插入到queue1的尾部。如果我们再从栈内弹出一个元素，此时被弹出的应该是最后被压入的d.由于d位于queue1的尾部，我们只能先从头部删除queue1的元素并插入到queue2，直到queue1中遇到d再直接把它删除。

　　注意：在上述思路中，两个队列存在全空队列和一个空队列的情况。所以，在程序中进入子函数第一步，要判断两个队列是否同时不为空(异常)，增加程序的鲁棒性。另外，空栈删除元素要报异常，即两个队列均为空；

　　程序实时更新在Github中： https://github.com/wylloong/TinyPrograms/blob/master/Coding%20Interviews/CStacks

　　　　　　　　　　　　　　 https://github.com/wylloong/TinyPrograms/blob/master/Coding%20Interviews/StackwithTwoQueues

　　

************************************************************

　　C++程序实现:　

// 面试题9附加题：用两个队列实现栈
// 题目：用两个队列实现一个栈。栈的声明如下，请实现它的两个函数appendTail
// 和deleteHead，分别完成在栈尾部插入结点和在栈头部删除结点的功能。

#pragma once
#include<queue>
#include<exception>

using namespace std;

template <typename T> class CStack
{
public:
    CStack();
    ~CStack();

    void appendTail(const T& node);
    T deleteHead();

private:
    queue<T> queue1;
    queue<T> queue2;
};

template<typename T> CStack<T>::CStack()
{
}

template<typename T>  CStack<T>::~CStack()
{
}

// 插入元素
template<typename T> void CStack<T>::appendTail(const T& node)
{
    if (queue1.size() > 0 && queue2.size() > 0)
    {
        //异常情况
    }
    else
    {
        //插入到非空队列，如果均为空则插入到queue2中
        if (queue1.size() == 0)
        {
            queue2.push(node);
        }
        else
        {
            queue1.push(node);
        }
    }
}

template<typename T> T CStack<T>::deleteHead()
{
    if (queue1.size() == 0 && queue2.size() == 0)
    {
        //异常情况
        throw new exception("stack is empty");
    }
    T head;
    if (queue1.size() > 0)
    {
        while (queue1.size()>1)
        {
            //queue1中的元素依次删除，并插入到queue2中，其中queue1删除最后一个元素
            //相当于从栈中弹出队尾元素

            T& data = queue1.front();
            queue1.pop();
            queue2.push(data);
        }
        head = queue1.front();
        queue1.pop();
    }
    else
    {
        while (queue2.size()>1)
        {
            //queue2中的元素依次删除，并插入到queue1中，其中queue2删除最后一个元素
            //相当于从栈中弹出队尾元素

            T& data = queue2.front();
            queue2.pop();
            queue1.push(data);
        }
        head = queue2.front();
        queue2.pop();
    }
    return head;
}

#include"CStacks.h"

// ====================测试代码====================
void test(char actual, char expected)
{
    if (actual == expected)
        printf("Test passed.\\n");
    else
        printf("Test failed.\\n");
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 后进先出
    CStack<char> stack;

    stack.appendTail(\'a\');
    stack.appendTail(\'b\');
    stack.appendTail(\'c\');

    char head = stack.deleteHead();
    test(head, \'c\');

    head = stack.deleteHead();
    test(head, \'b\');

    stack.appendTail(\'d\');
    head = stack.deleteHead();
    test(head, \'d\');

    stack.appendTail(\'e\');
    head = stack.deleteHead();
    test(head, \'e\');

    head = stack.deleteHead();
    test(head, \'a\');

    //空栈删除，触发异常
    //head = stack.deleteHead();

    getchar();
    return 0;
}