两个队列模拟栈

本文详细介绍了如何利用两个队列来模拟栈的功能,通过实例代码展示了如何进行压栈、弹栈等操作,揭示了队列与栈在数据结构转换中的巧妙应用。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

 

 

#pragma once
#include<queue>
#include<stack>
using namespace std;
template<typename T>
class CStack
{
public:
	CStack(void);
	~CStack(void);
	void push(const T& num);
	T pop();
	T top();
	void swapQueue();// 交换dataQueue和helpQueue
private:
	queue<T>dataQueue;
	queue<T>helpQueue;
};

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

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

template<typename T>
inline void CStack<T>::push(const T& num)
{
	dataQueue.push(num);
}

template<typename T>
inline T CStack<T>::pop()
{
	if (dataQueue.empty()) {
		throw std::runtime_error("queue is empty");
	}
	else {
		while (dataQueue.size() > 1) {  // 当dataQueue
			helpQueue.push(dataQueue.front());
			dataQueue.pop();
		}
		T res = dataQueue.front();    // 这个dataQueue的最后元素也就是stack的栈顶元素
		dataQueue.pop();    // dataQueue已经为空,helpQueue存放n-1个数
		swapQueue();   // 交换二个队列
		return res;
	}
}



template<typename T>
inline T CStack<T>::top()
{
	if (dataQueue.empty()) {
		throw std::runtime_error("queue is empty");
	}
	else {
		while (dataQueue.size() > 1) {  // 当dataQueue
			T data = dataQueue.front();
			dataQueue.pop();
			helpQueue.push(data);
		}
		T res = dataQueue.front();    // 这个dataQueue的最后元素也就是stack的栈顶元素
		dataQueue.pop();    // 此时dataQueue已经为空,helpQueue存放n-1个数
		helpQueue.push(res);    // 获取top元素需要将原来数据返回
		swapQueue();
		return res;
	}
	
}

template<typename T>
inline void CStack<T>::swapQueue()
{
	std::queue<T> tmp = dataQueue;
	dataQueue = helpQueue;
	helpQueue = tmp;
}

 

 

 

<think>嗯,用户问的是如何用两个队列模拟。我得先回忆一下队列的基本特性。是后进先出(LIFO),而队列是先进先出(FIFO)。所以关键点在于如何用两个先进先出的结构来实现后进先出的操作。 首先,我得确定模拟的主要操作,也就是push和pop。可能需要考虑两种不同的实现方式:一种是push操作高效,另一种是pop操作高效。用户可能希望了解这两种方法,或者其中哪一种更常见。 假设用两个队列q1和q2。当需要push一个元素的时候,如果选择让push操作高效,可能每次push都直接加到非空的队列中。而当pop的时候,就需要将前面的元素都转移到另一个队列,留下最后一个元素作为pop的结果。这种方法会导致pop的时间复杂度是O(n),而push是O(1)。这种方法可能比较常见,因为的push操作通常更频繁,所以优化push可能更合理。 另一种方式是让pop操作高效,那可能在push的时候就需要调整队列,使得每次push后队列的顺序被反转,这样pop的时候可以直接取队首。不过这样的话,每次push都需要O(n)的时间,而pop是O(1)。这可能适合pop操作频繁的情况,但实际应用中可能不如前一种常见。 接下来要具体描述步骤。比如,对于push高效的情况,每次push到非空的队列。当需要pop时,将非空队列的元素依次出队并入队到另一个队列,直到剩下最后一个元素,那个就是需要pop的元素。这时候,原来的队列变成空,另一个队列接收了前面的元素。这时候可能需要交换两个队列的指针,以便下次操作。 需要注意边界情况,比如当两个队列都为空的时候,pop应该报错或者处理异常。同时,top操作也需要类似的步骤,即转移元素直到最后一个,取出其值后再放回去。 然后要比较两种方法的时间复杂度。第一种方法push是O(1),pop是O(n);第二种则相反。根据应用场景选择合适的实现方式。 可能还需要给出一个具体的例子,比如依次push 1、2、3,然后pop得到3,这时候队列的状态变化是怎样的。这样用户能更直观地理解过程。 另外,要确保语言清晰,步骤分明,避免歧义。可能需要用图示或者代码示例,但用户要求用中文回答,所以用文字描述清楚每个步骤。 最后总结两种方法的优缺点,帮助用户根据需求选择适合的实现方式。</think>我们可以利用两个队列(先进先出结构)来模拟(后进先出结构),核心思想是通过队列元素的转移操作实现的特性。以下是两种常见实现方式及详细步骤: --- ### **方法一:push高效型(O(1) push / O(n) pop)** **数据结构** - 使用两个队列 `q1` 和 `q2` - 始终维护其中一个队列为空(用于临时存储) **操作步骤** 1. **入(push)** - 直接将新元素插入**非空队列**的尾部 - 如果两个队列均为空,任选其一插入 2. **出(pop)** - 将非空队列的前 `n-1` 个元素依次出队,并插入另一个空队列 - 弹出最后一个元素(即顶元素) - 交换 `q1` 和 `q2` 的角色(原空队列变为新数据队列) **示例流程** ``` 操作顺序:push(1) → push(2) → push(3) → pop() 队列状态变化: push(1): q1=[1], q2=[] push(2): q1=[1,2], q2=[] push(3): q1=[1,2,3], q2=[] pop() : 转移前两个元素到 q2 → q1=[3], q2=[1,2] 弹出3 → q1=[], q2=[1,2] 交换队列角色 → q1=[1,2], q2=[] ``` --- ### **方法二:pop高效型(O(n) push / O(1) pop)** **数据结构** - 使用两个队列 `q1`(主队列)和 `q2`(辅助队列) **操作步骤** 1. **入(push)** - 将新元素插入空队列 `q2` - 将 `q1` 中所有元素依次出队,插入 `q2` - 交换 `q1` 和 `q2` 的角色 2. **出(pop)** - 直接从 `q1` 头部弹出元素 **示例流程** ``` 操作顺序:push(1) → push(2) → push(3) → pop() 队列状态变化: push(1): q1=[1], q2=[] push(2): q2=[2] → q1=[1]转移到q2 → q2=[2,1] → 交换后 q1=[2,1] push(3): q2=[3] → q1=[2,1]转移到q2 → q2=[3,2,1] → 交换后 q1=[3,2,1] pop() : 直接弹出 q1 头部元素 3 → q1=[2,1] ``` --- ### **时间复杂度对比** | 操作 | 方法一 | 方法二 | |------|--------|--------| | push | O(1) | O(n) | | pop | O(n) | O(1) | --- ### **关键点总结** 1. **队列的转移操作**是实现的核心,通过元素转移将最新元素调整到队列头部或尾部。 2. **方法一**更符合常规需求(因的入操作通常更频繁)。 3. 两种方法均能实现的 `top()` 操作,逻辑与 `pop()` 类似(区别在于需要保留元素)。 实际应用中可根据具体场景选择更优化的实现方式。
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