225. 用队列实现栈

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：
你只能使用队列的基本操作 —— 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

分析：

目前没有学习C++，所以先用C语言实现。那么就要手撕一个队列。例子：输入1 2 3 4，输出 4 3 2 1，根据队列的性质先进先出，所以先要进行移数据只剩一个，然后出数据，来回倒腾。
在这里插入图片描述

题解：



#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<malloc.h>
#include<stdbool.h>

typedef int QDataType;

//这是结点的结构，但是队列是FIFO，所以要记录头指针和尾指针，方便尾入和头出
typedef struct QueueNode {
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

typedef struct Queue {
	QNode* head;//有多个数据就可以再使用一个结构体
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);//队列的初始化
void QueueDestroy(Queue* pq);//队列的销毁
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//队列的尾部插入数据
void QueuePop(Queue* pq);//队列的头部删除数据
bool QueueEmpty(Queue* pq);//判断队列为不为空
int QueueSize(Queue* pq);//知道队列有几个有效元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);//返回队列的首个元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);//返回队列的尾元素



void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;//队列的初始化将两个指针置为空
	pq->size = 0;//有效元素为0
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//将一个结点指针指向头节点，作为循环的条件
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur->next;//一个要删除的结点
		free(cur);
		cur = del;//指向下一个结点
	}
	//销毁时及时将两个指针置为空，避免野指针的出现
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//malloc申请新的结点
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");//申请失败报错并返回
		return;
	}
	//如果为空队列，那么就要将指针同时指向新的结点
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else//这里没加else语句，那么if执行了的话就会混乱
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;//同时将尾指针指向新的结点
	}
	//将尾结点的next指向新的结点
	newnode->data = x;//新的结点进行赋值
	newnode->next = NULL;
	pq->size++;//有效元素进行加1
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//空的队列就不能删除

 	QNode* del = pq->head;
	pq->head = pq->head->next;//将头指针指向下个结点
	free(del);//释放空间
	del = NULL;
	//这里要考虑只有一个节点的时候，tail可能会是野指针
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = NULL;
	}
	pq->size--;//有效元素减1
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

//创建两个队列
typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
    //对队列进行初始化
    MyStack* newStack = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if (newStack == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }

    QueueInit(&newStack->q1);
    QueueInit(&newStack->q2);
    return newStack;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //如果一个队列为空，那么就放入另一个队列
    if (!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {

    //利用假设法找出有数据的队列
    Queue* emptyq = &obj->q1;
    Queue* nonemptyq = &obj->q2;
    if (!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyq = &obj->q2;
        nonemptyq = &obj->q1;
    }
    //进行倒元素，直到剩下一个元素
    while (QueueSize(nonemptyq)> 1)
    {
        QueuePush(emptyq, QueueFront(nonemptyq));
        QueuePop(nonemptyq);
    }
    int top = QueueFront(nonemptyq);
    QueuePop(nonemptyq);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    //哪一个不为空就返回哪一个
    if (!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return  QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
    //malloc几次，就要释放几次
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
}

/**
 * Your MyStack struct will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = myStackCreate();
 * myStackPush(obj, x);
 
 * int param_2 = myStackPop(obj);
 
 * int param_3 = myStackTop(obj);
 
 * bool param_4 = myStackEmpty(obj);
 
 * myStackFree(obj);
*/

622. 设计循环队列

设计你的循环队列实现。循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作：

MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。

Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。

enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。

deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。

isEmpty(): 检查循环队列是否为空。

isFull(): 检查循环队列是否已满。

意思就是设计一个开好的空间存放数据，并且具有队列的性质，而且还能存放很多值。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3
circularQueue.enQueue(1); // 返回 true
circularQueue.enQueue(2); // 返回 true
circularQueue.enQueue(3); // 返回 true
circularQueue.enQueue(4); // 返回 false，队列已满
circularQueue.Rear(); // 返回 3
circularQueue.isFull(); // 返回 true
circularQueue.deQueue(); // 返回 true
circularQueue.enQueue(4); // 返回 true
circularQueue.Rear(); // 返回 4

提示：

所有的值都在 0 至 1000 的范围内；

操作数将在 1 至 1000 的范围内；

请不要使用内置的队列库。

分析：

这道题目可以使用数组实现，这是一个空间固定的数组，如何判断这个数组是满还是空呢？可以多开一个空间作为缓冲位置。
在这里插入图片描述
每次插入之前要判断是否满了，每次删除之前要判断是否空了。
还要考虑rear在队尾时如何判满？rear在队头时如何找到最后一个数？front在队尾时如何判断为多少？

题解：

typedef struct {
    int* s;
    int front;
    int rear;
    int k;
} MyCircularQueue;

//创建循环队列
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    if (obj == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    //创建数组时，多创建一个空间，以便进行循环
    obj->s = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));
    if (obj->s == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    //将头指针和尾指针置为空，将长度记住
    obj->front = obj->rear = 0;
    obj->k = k;
    return obj;
}
//如果头指针和尾指针相等，代表为空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->rear == obj->front;
}
//为满的情况：1. rear在front前面，直接进行加1是否相等，相等则满了
//2. rear在front后面，考虑rear在队尾，那么要将rear指向下标0，就要进行模运算，相等就满了
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) == obj->front;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    //插入元素，如果为满就返回假
    if (myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    obj->s[obj->rear] = value;
    //让rear指向下个位置，考虑rear在队尾，那么就要进行模运算
    obj->rear = (obj->rear + 1) % (obj->k + 1);  
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    //删除元素，如果为空就返回假
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    //要将front指向下一个，但是要考虑front在队尾，进行模运算
    obj->front = (obj->front + 1) % (obj->k + 1);
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    //队列为空返回-1
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->s[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    //队列为空返回-1
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    //考虑rear在队头的情况，在队头就赋值为队尾元素，其它情况就返回前一个元素
    int tail = obj->rear == 0?obj->s[obj->k]:obj->s[obj->rear - 1];
    return tail;
}



void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    //申请两个空间就要释放两个空间
    free(obj->s);
    free(obj);
}

/**
 * Your MyCircularQueue struct will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(k);
 * bool param_1 = myCircularQueueEnQueue(obj, value);
 
 * bool param_2 = myCircularQueueDeQueue(obj);
 
 * int param_3 = myCircularQueueFront(obj);
 
 * int param_4 = myCircularQueueRear(obj);
 
 * bool param_5 = myCircularQueueIsEmpty(obj);
 
 * bool param_6 = myCircularQueueIsFull(obj);
 
 * myCircularQueueFree(obj);
*/