学习文档：代码随想录 (programmercarl.com)
栈和队列理论基础
问题思考
- C++中stack 是容器么？
- 我们使用的stack是属于哪个版本的STL？
- 我们使用的STL中stack是如何实现的？
- stack 提供迭代器来遍历stack空间么？
栈和队列是STL（C++标准库）里面的两个数据结构。而C++标准库是有多个版本的，要想知道对应的栈和队列的实现原理，需要了解使用的是哪一个STL版本。
栈提供push 和 pop 等等接口，所有元素必须符合先进后出规则，栈不提供走访功能，也不提供迭代器(iterator)。 不像是set 或者map 提供迭代器iterator来遍历所有元素。
常用的SGI STL，如果没有指定底层实现的话，默认是以deque为缺省情况下栈的底层结构。deque是一个双向队列，只要封住一段，只开通另一端就可以实现栈的逻辑了。
队列中先进先出的数据结构，同样不允许有遍历行为，不提供迭代器, SGI STL中队列一样是以deque为缺省情况下的底部结构。
STL 队列与栈不被归类为容器，而被归类为container adapter（ 容器适配器）。
232. 用栈实现队列Leetcode 232. 用栈实现队列
题目描述
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。
示例 1：
输入： ["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"] [[], [1], [2], [], [], []] 输出： [null, null, null, 1, 1, false] 解释： MyQueue myQueue = new MyQueue(); myQueue.push(1); // queue is: [1] myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue) myQueue.peek(); // return 1 myQueue.pop(); // return 1, queue is [2] myQueue.empty(); // return false
提示：
1 <= x <= 9- 最多调用
100次push、pop、peek和empty - 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）
完整代码
class MyQueue {
public:
stack<int> stIn;
stack<int> stOut;
MyQueue() {
}
void push(int x) {
stIn.push(x);
}
int pop() {
// 只有当stOut为空的时候，再从stIn里导入数据（导入stIn全部数据）
if (stOut.empty()) {
// 从stIn导入数据直到stIn为空 (一定要将stIn中的数据 全部放入输出栈中 要不然下次压栈出栈元素顺序会改变)
while(!stIn.empty()) {
stOut.push(stIn.top());
stIn.pop();
}
}
int result = stOut.top();
stOut.pop();
return result;
}
// 返回队列开头的元素，但不从队列中移除它。
//这个方法通过调用 pop() 方法来获取队列开头的元素，然后将该元素重新压入输出栈 stOut 中，以保持队列的状态不变。
int peek() {
int res = this->pop(); // 直接使用已有的pop函数
stOut.push(res); // 因为pop函数弹出了元素res，所以再添加回去
return res;
}
bool empty() {
// 当输出栈和输入栈都为空时 队列为空
return stIn.empty() && stOut.empty();
}
};
Leetcode 225. 用队列实现栈
题目描述
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。
注意：
- 你只能使用队列的标准操作 —— 也就是
push to back、peek/pop from front、size和is empty这些操作。 - 你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。
示例：
输入： ["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"] [[], [1], [2], [], [], []] 输出： [null, null, null, 2, 2, false] 解释： MyStack myStack = new MyStack(); myStack.push(1); myStack.push(2); myStack.top(); // 返回 2 myStack.pop(); // 返回 2 myStack.empty(); // 返回 False
提示：
1 <= x <= 9- 最多调用
100次push、pop、top和empty - 每次调用
pop和top都保证栈不为空
解题思路
使用两个队列来模拟栈，第二个队列用来备份队列前面的元素，留下最后一个元素用于弹出，模拟站的先入后出原则。然后再将第二个队列的元素全部拷贝给队列一。
-
push(int x)方法：将元素x添加到que1的末尾。在栈中，新元素总是被添加到栈顶，对应于将元素添加到队列的末尾。 -
pop()方法：移除并返回栈顶元素。首先，将que1中除了最后一个元素之外的所有元素转移到que2中。由于队列是先进先出的，所以最后一个进入que1的元素（即栈顶元素）将是第一个被移除的。然后，从que1中移除并返回最后一个元素。最后，将que2的内容重新赋值给que1，清空que2。 -
top()方法：返回栈顶元素，但不从栈中移除它。这个方法的实现与pop()方法类似，不同之处在于在获取栈顶元素后，需要将该元素重新添加到que2中（注意代码复用），然后将que2的内容重新赋值给que1，并清空que2，以保持栈的状态不变。 -
empty()方法：检查栈是否为空。如果que1为空，则栈为空。
class MyStack {
public:
queue<int> que1;
queue<int> que2; // 辅助队列，用来备份
MyStack() {
}
void push(int x) {
que1.push(x);
}
/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
int pop() {
int size = que1.size();
size--;
while (size--) { // 将que1 导入que2，但要留下最后一个元素
que2.push(que1.front());
que1.pop();
}
int result = que1.front(); // 留下的最后一个元素就是要返回的值
que1.pop();
que1 = que2; // 再将que2赋值给que1
while (!que2.empty()) { // 清空que2
que2.pop();
}
return result;
}
// 返回栈顶元素
int top() {
int size = que1.size();
size--;
while (size--){
// 将que1 导入que2，但要留下最后一个元素
que2.push(que1.front());
que1.pop();
}
int result = que1.front(); // 留下的最后一个元素就是要回返的值
que2.push(que1.front()); // 获取值后将最后一个元素也加入que2中，保持原本的结构不变
que1.pop();
que1 = que2; // 再将que2赋值给que1
while (!que2.empty()){
// 清空que2
que2.pop();
}
return result;
}
bool empty() {
return que1.empty();
}
};
Leetcode 20. 有效的括号
题目描述
给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。
有效字符串需满足：
- 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
- 左括号必须以正确的顺序闭合。
- 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。
示例 1：
输入：s = "()"
输出：true
示例 2：
输入：s = "()[]{}"
输出：true
示例 3：
输入：s = "(]"
输出：false
示例 4：
输入：s = "([])"
输出：true
提示：
1 <= s.length <= 104s仅由括号'()[]{}'组成
解题思路
利用栈来实现，当左括号出现的时候入栈，当右括号出现的时候出栈，如果他们匹配就继续，不匹配就错误，当字符串遍历完后，栈内如果还有字符串元素就错误了。
第一种情况：已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false
第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有要匹配的字符。所以return false
第三种情况：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号return false
完整代码
class Solution {
public:
bool isValid(string s) {
if (s.size() % 2 != 0) return false; // 如果s的长度为奇数，一定不符合要求
stack<char> st;
for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
char c = s[i];
if (c == '(' || c == '{' || c == '[') {
st.push(c);
} else {
// 先出现右括号 错误
if (st.empty()) {
return false;
}
char top = st.top();
st.pop();
// 出现右括号 但是与栈顶元素不匹配 表示括号顺序不匹配 错误
if ((c == ')' && top != '(') ||
(c == '}' && top != '{') ||
(c == ']' && top != '[')) {
return false;
}
}
}
// 如果遍历完 栈中还有多余括号 也错误
return st.empty();
}
};Leetcode 1047. 删除字符串中的所有相邻重复项
题目描述
给出由小写字母组成的字符串 s，重复项删除操作会选择两个相邻且相同的字母，并删除它们。
在 s 上反复执行重复项删除操作，直到无法继续删除。
在完成所有重复项删除操作后返回最终的字符串。答案保证唯一。
示例：
输入："abbaca" 输出："ca" 解释： 例如，在 "abbaca" 中，我们可以删除 "bb" 由于两字母相邻且相同，这是此时唯一可以执行删除操作的重复项。之后我们得到字符串 "aaca"，其中又只有 "aa" 可以执行重复项删除操作，所以最后的字符串为 "ca"。
提示：
1 <= s.length <= 105s仅由小写英文字母组成。
解题思路
本题要删除相邻相同元素，相对于20. 有效的括号 (opens new window)来说其实也是匹配问题，20. 有效的括号 是匹配左右括号，本题是匹配相邻元素，最后都是做消除的操作。
本题也是用栈来解决的经典题目。
那么栈里应该放的是什么元素呢？
我们在删除相邻重复项的时候，其实就是要知道当前遍历的这个元素，我们在前一位是不是遍历过一样数值的元素，那么如何记录前面遍历过的元素呢？
所以就是用栈来存放，那么栈的目的，就是存放遍历过的元素，当遍历当前的这个元素的时候，去栈里看一下我们是不是遍历过相同数值的相邻元素。
完整代码
class Solution {
public:
string removeDuplicates(string s) {
stack<char> st;
for(int i=0; i<s.size(); i++) {
// 涉及到短路 要将st.empty() 放在前面 防止st为空 去st.top()操作 会报错
if(!st.empty() && s[i] == st.top()) {
st.pop();
}
else {
st.push(s[i]);
}
}
string result = "";
while (!st.empty()) { // 将栈中元素放到result字符串汇总
result += st.top();
st.pop();
}
reverse (result.begin(), result.end()); // 此时字符串需要反转一下
return result;
}
};
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