驾驭栈和队列,首先逃不开这些(有效括号、栈和队列相互模拟、循环队列)

一.有效括号

. - 力扣（LeetCode）

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

提示：

1 <= s.length <= 104
s 仅由括号 '()[]{}' 组成

typedef char StackData;

typedef struct Stack

{

StackData* data;

int top;

int size;

}Stack;

//初始化栈

void initStack(Stack* st)

{

assert(st);

st->data = NULL;

st->top = 0;

st->size = 0;

}

//销毁栈

void destroyStack(Stack* st)

{

assert(st);

free(st->data);

st->data = NULL;

st->size = st->top = 0;

}

//栈是否为空

bool isEmpty(Stack* st)

{

assert(st);

return st->top == 0;

}

//出栈

void popStack(Stack* st)

{

assert(st);

assert(!isEmpty(st));

st->top--;

}

//入栈

void pushStack(Stack* st, StackData data)

{

assert(st);

if (st->top == st->size)

{

int newsize = st->size == 0 ? 4 : 2 * st->size;

StackData* temp = (StackData*)realloc(st->data, sizeof(StackData) * newsize);

if (temp != NULL)

{

st->data = temp;

st->size = newsize;

}

}

st->data[st->top] = data;

st->top++;

}

//取出栈顶元素

StackData topStack(Stack* st)

{

assert(st);

assert(!isEmpty(st));

return st->data[st->top - 1];

}

//栈的大小

int sizeStack(Stack* st)

{

assert(st);

return st->top;

}

bool isValid(char* s) {

Stack st;

initStack(&st);

int lcount = 0, rcount = 0;

for (int i = 0; s[i] != '\0'; i++)

{

if (s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{')

{

pushStack(&st, s[i]);

lcount++;

}

else

{

rcount++;

if (isEmpty(&st))

{

destroyStack(&st);

return false;

}

char str = topStack(&st);

if ((s[i] == ')' && str == '(') ||

(s[i] == ']' && str == '[') ||

(s[i] == '}' && str == '{'))

{

popStack(&st);

}

}

}

return isEmpty(&st) && rcount == lcount;

}

二.用栈实现队列

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）

进阶：

你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <assert.h>

#include <stdbool.h>

#include <string.h>

typedef char StackData;

typedef struct Stack

{

StackData* data;

int top;

int size;

}Stack;

//初始化栈

void initStack(Stack* st)

{

assert(st);

st->data = NULL;

st->top = 0;

st->size = 0;

}

//销毁栈

void destroyStack(Stack* st)

{

assert(st);

free(st->data);

st->data = NULL;

st->size = st->top = 0;

}

//栈是否为空

bool isEmpty(Stack* st)

{

assert(st);

return st->top == 0;

}

//出栈

void popStack(Stack* st)

{

assert(st);

assert(!isEmpty(st));

st->top--;

}

//入栈

void pushStack(Stack* st, StackData data)

{

assert(st);

if (st->top == st->size)

{

int newsize = st->size == 0 ? 4 : 2 * st->size;

StackData* temp = (StackData*)realloc(st->data, sizeof(StackData) * newsize);

if (temp != NULL)

{

st->data = temp;

st->size = newsize;

}

}

st->data[st->top] = data;

st->top++;

}

//取出栈顶元素

StackData topStack(Stack* st)

{

assert(st);

assert(!isEmpty(st));

return st->data[st->top - 1];

}

//栈的大小

int sizeStack(Stack* st)

{

assert(st);

return st->top;

}

typedef struct {

Stack st1;

Stack st2;

} MyQueue;

MyQueue* myQueueCreate() {

MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));

initStack(&obj->st1);

initStack(&obj->st2);

return obj;

}

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {

pushStack(&obj->st1, x);

}

int myQueuePop(MyQueue* obj) {

int top = myQueuePeek(obj);

popStack(&obj->st2);

return top;

}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {

if(isEmpty(&obj->st2))

{

while(!isEmpty(&obj->st1))

{

int top = topStack(&obj->st1);

popStack(&obj->st1);

pushStack(&obj->st2, top);

}

}

return topStack(&obj->st2);

}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {

return isEmpty(&obj->st1) && isEmpty(&obj->st2);

}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {

destroyStack(&obj->st1);

destroyStack(&obj->st2);

free(obj);

}

/**

* Your MyQueue struct will be instantiated and called as such:

* MyQueue* obj = myQueueCreate();

* myQueuePush(obj, x);

* int param_2 = myQueuePop(obj);

* int param_3 = myQueuePeek(obj);

* bool param_4 = myQueueEmpty(obj);

* myQueueFree(obj);

*/

三.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

进阶：你能否仅用一个队列来实现栈。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <assert.h>

#include <stdbool.h>

typedef int QueueData;

typedef struct QueueNode

{

QueueData data;

struct QueueNode* next;

}QNode;

//可以用带头链表，也可以传入二级指针

typedef struct Queue

{

struct QueueNode* phead;

struct QueueNode* ptail;

int size;

}Queue;

//队列的初始化

void initQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

pq->phead = pq->ptail = NULL;

pq->size = 0;

}

//队列的销毁

void destroyQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

QNode* cur = pq->phead;

while (cur)

{

QNode* next = cur->next;

free(cur);

cur = next;

}

}

//建立节点

QNode* createQNode(QueueData data)

{

QNode* pcur = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));

if (pcur == NULL)

perror("malloc fail");

else

{

pcur->data = data;

pcur->next = NULL;

}

return pcur;

}

//插入元素

void pushQueue(Queue* pq, QueueData data)

{

assert(pq);

QNode* newNode = createQNode(data);

if (pq->phead == NULL)

pq->phead = pq->ptail = newNode;

else

{

pq->ptail->next = newNode;

pq->ptail = pq->ptail->next;

}

pq->size++;

}

//删除元素

void popQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

assert(pq->phead);

if (pq->phead->next == NULL)

{

free(pq->phead);

pq->phead = pq->ptail = NULL;

}

else

{

QNode* next = pq->phead->next;

free(pq->phead);

pq->phead = next;

}

pq->size--;

}

//取出队首元素

QueueData topQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

assert(pq->phead);

return pq->phead->data;

}

//取出队尾元素

QueueData backQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

assert(pq->phead);

return pq->ptail->data;

}

//计算队列长度

int sizeQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

return pq->size;

}

bool isEmpty(Queue* pq)

{

assert(pq);

return !pq->phead;

}

void printQueue(Queue* pq)

{

assert(pq);

QNode* cur = pq->phead;

while (cur)

{

printf("%d ", cur->data);

cur = cur->next;

}

}

typedef struct {

Queue q1;

Queue q2;

} MyStack;

MyStack* myStackCreate() {

MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));

initQueue(&obj->q1);

initQueue(&obj->q2);

return obj;

}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {

if(!isEmpty(&obj->q1))

pushQueue(&obj->q1, x);

else return pushQueue(&obj->q2, x);

}

int myStackPop(MyStack* obj) {

Queue* emptyQ = &obj->q1;

Queue* noemptyQ = &obj->q2;

if(!isEmpty(&obj->q1))

{

emptyQ = &obj->q2;

noemptyQ = &obj->q1;

}

while(sizeQueue(noemptyQ) > 1)

{

int temp = topQueue(noemptyQ);

popQueue(noemptyQ);

pushQueue(emptyQ, temp);

}

int top = topQueue(noemptyQ);

popQueue(noemptyQ);

return top;

}

int myStackTop(MyStack* obj) {

if(!isEmpty(&obj->q1))

return backQueue(&obj->q1);

else return backQueue(&obj->q2);

}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {

return isEmpty(&obj->q1) && isEmpty(&obj->q2);

}

void myStackFree(MyStack* obj) {

destroyQueue(&obj->q1);

destroyQueue(&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);

*/

四.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。

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。

typedef struct {

int* queue;

int head;

int rear;

int k;

} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {

MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));

int* q = (int*)malloc(sizeof(int) * (k+1));

obj->queue = q;

obj->k = k;

obj->head = 0;

obj->rear = 0;

return obj;

}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {

return (obj->rear)%(obj->k+1) == (obj->head)%(obj->k+1);

}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {

return (obj->rear+1)%(obj->k+1)==(obj->head)%(obj->k+1);

}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {

if(myCircularQueueIsFull(obj))

return false;

else

{

obj->queue[obj->rear] = value;

obj->rear++;

(obj->rear) %= (obj->k+1);

return true;

}

}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {

if(myCircularQueueIsEmpty(obj))

return false;

else

{

obj->head++;

(obj->head) %= (obj->k+1);

return true;

}

}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {

if(myCircularQueueIsEmpty(obj))

return -1;

else return obj->queue[(obj->head) % (obj->k+1)];

}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {

if(myCircularQueueIsEmpty(obj))

return -1;

else return obj->queue[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];

}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {

free(obj->queue);

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);

*/