【10.5】队列-化栈为队

原创已于 2025-05-25 16:55:41 修改 · 301 阅读

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#数据结构 #开发语言 #c++ #算法

于 2025-01-24 10:44:26 首次发布

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一、题目

二、解题思路

三、代码实现

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一、题目

实现一个MyQueue类，该类用两个栈来实现一个队列。

示例：

MyQueue queue = new MyQueue();

queue.push(1);
queue.push(2);
queue.peek();  // 返回 1
queue.pop();   // 返回 1
queue.empty(); // 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。
假设所有操作都是有效的（例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）。

二、解题思路

使用两个栈来实现队列的功能：一个栈作为输入栈，专门用于接收和存储通过 push 操作传入的数据；另一个栈作为输出栈，专门用于处理 pop 和 peek 操作。

当执行 pop 或 peek 操作时，如果输出栈为空，则需要将输入栈中的所有元素依次弹出并压入输出栈。这样一来，输出栈中的元素顺序就会与队列的顺序一致，即输出栈的栈顶元素对应队列的队首元素，栈底元素对应队列的队尾元素。

三、代码实现

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

class MyQueue {
private:
    stack<int> inStack, outStack; // 定义两个栈：输入栈和输出栈

    // 将输入栈中的元素转移到输出栈
    void in2out() {
        while (!inStack.empty()) {
            outStack.push(inStack.top()); // 将输入栈的栈顶元素压入输出栈
            inStack.pop(); // 弹出输入栈的栈顶元素
        }
    }

public:
    MyQueue() {} // 构造函数

    // 将元素 x 推入队列
    void push(int x) {
        inStack.push(x); // 直接将元素压入输入栈
    }

    // 弹出队列的队首元素
    int pop() {
        if (outStack.empty()) { // 如果输出栈为空，需要将输入栈的元素转移到输出栈
            in2out();
        }
        int x = outStack.top(); // 获取输出栈的栈顶元素（即队首元素）
        outStack.pop(); // 弹出输出栈的栈顶元素
        return x; // 返回队首元素
    }

    // 获取队列的队首元素（不弹出）
    int peek() {
        if (outStack.empty()) { // 如果输出栈为空，需要将输入栈的元素转移到输出栈
            in2out();
        }
        return outStack.top(); // 返回输出栈的栈顶元素（即队首元素）
    }

    // 判断队列是否为空
    bool empty() {
        return inStack.empty() && outStack.empty(); // 当输入栈和输出栈都为空时，队列为空
    }
};

int main() {
    MyQueue queue;

    // 测试 push 操作
    queue.push(1);
    queue.push(2);
    queue.push(3);

    // 测试 peek 操作
    cout << "队首元素: " << queue.peek() << endl; // 输出 1

    // 测试 pop 操作
    cout << "弹出元素: " << queue.pop() << endl; // 输出 1
    cout << "弹出元素: " << queue.pop() << endl; // 输出 2

    // 测试 empty 操作
    cout << "队列是否为空: " << (queue.empty() ? "是" : "否") << endl; // 输出 否

    // 再次测试 push 操作
    queue.push(4);

    // 测试 peek 操作
    cout << "队首元素: " << queue.peek() << endl; // 输出 3

    // 测试 pop 操作
    cout << "弹出元素: " << queue.pop() << endl; // 输出 3
    cout << "弹出元素: " << queue.pop() << endl; // 输出 4

    // 测试 empty 操作
    cout << "队列是否为空: " << (queue.empty() ? "是" : "否") << endl; // 输出 是

    return 0;
}