数据结构与算法之队列、栈

除了数组、链表，线性的数据结构中还有很重要的几种结构： 队列、栈 。

队列，一种先进先出的数据结构（FIFO），其实队列可以看成是一个两个口的管道，从一个口进，另一个口出，先进去的必定得在另一个口先出去，否则后面的都出不去；栈，一种后进先出的数据结构（LIFO），栈更像是只有一个口的管道，只有一个开口可以进出，先进去的在底部，所以必须得让后进去的先出去，它才能出去。

实现队列和栈可以用顺序存储结构，也可以用链式存储结构。这里采用的是链表来实现，同时还有用两个栈实现一个队列和用两个队列实现一个栈的算法（采用STL中的queue和stack）。

1、队列

队列中最常用的操作就是入队列（push），出队列（pop)，查看队首的值（front）。入队列是加入队列的尾部，出队列是删除最前面的节点。

typedef struct ListNode{    int element;    int *next;  }ListNode;  typedef struct LinkedQueue{    int size;    ListNode *front;    ListNode *back;  }LinkedQueue;  /* alloc a node.*/  ListNode* allocNode(int element){    ListNode *pNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));    if(pNode){      pNode->element = elemnt;      pNode->next = NULL;    }    return pNode;  }  /* alloc a queue.*/  LinkedQueue* allocLinkedQueue(){    LinkedQueue *pQueue = (LinkedQueue*)malloc(sizeof(LinkedQueue));    if(pQueue){      pQueue->size = 0;      pQueue->front = NULL;      pQueue->back = NULL;    }    return pQueue;  }  /* pop a node out of the queue.*/  bool pop(LinkedQueue *pQueue){    if(NULL == pQueue)       return false;    LinkedQueue *pNode = pQueue->front;    if(pQueue->front == pQueue->back)      pQueue->back = NULL;    pQueue->front = pQueue->front->next;    free(pNode);    pQueue->size --;    return true;  }  /* push a node into the queue.*/  bool push(LinkedQueue *pQueue,int element){    if(NULL == pQueue)      return false;    pQueue->size ++;    if(NULL == pQueue->front){      pQueue->front = pQueue->back = allocNode(element);    }    else      pQueue->back = allocNode(element);    return true;  }  /* get the front element from the queue.*/  bool front(LinkedQueue *pQueue,int *element){    if(pQueue->size){      *element = pQueue->front->element;      return true;    }    else      return false;  }

2、栈

栈中最常用的操作就是入栈（push），出栈（pop)，查看栈顶的值（front）。入栈是加入栈的顶部，出栈删除栈顶的节点。

typedef struct ListNode{    int element;    struct ListNode *next;  }ListNode;  typedef struct LinkedStack{    ListNode *topNode;    ListNode *downNode;    int stackLength;  }LinkedStack;  /* get the top node from the stack.*/  int top(LinkedStack *pStack){     return pStack->topNode->element;   }  /* pop the top node from the stack.*/  void pop(LinkedStack **pStack){    ListNode *pNode = (*pStack)->topNode->next;    free(*pStack);    *pStack = pNode;  }  ListNode* allocNode(int element){    ListNode *pNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));    if(NULL != pNode){      pNode->element = element;      pNode->next = NULL;    }    return pNode;  }  /* push a node into the stack.*/  void push(LinkedStack **pStack,int element){    ListNode *pNode = allocNode(element);    pNode->next = (*pStack)->topNode;    (*pStack)->topNode = pNode;  }

3、用两个栈实现一个队列

队列是先进先出，而栈是后进先出，怎么在栈中实现让一个元素先进先出？关键是利用好另一个栈。队列中主要的操作也不过就是push(),pop(),front()。

实现push就跟栈中的push一样，完全不需要修改。而要实现pop和front呢？这就需要借助另一个栈。首先在栈stack1中 push，当有pop或者front操作时，我们把元素从stack1中出栈并压入stack2中。这样stack1中底部的元素就变为stack2顶部的元素了，然后从stack2中执行pop或者front操作。以后的pop或者front操作，都先从stack2中执行，当stack2中元素 size为0时，就从stack1中出栈并压入stack2中然后执行；而每次pop操作只需要在stack1中执行。

bool pop(){    if(!pQueue.stack2.size() && !pQueue.stack1.size())      return false;    if(!pQueue.stack2.size()){      while(pQueue.stack1.size()){        pQueue.stack2.push(pQueue.stack1.top());        pQueue.stack1.pop();      }    }    pQueue.stack2.pop();    return true;  }  int front(){    if(!pQueue.stack2.size()){      while(pQueue.stack1.size()){        pQueue.stack2.push(pQueue.stack1.top());        pQueue.stack1.pop();      }    }    return pQueue.stack2.top();  } 

4、用两个队列实现一个栈

栈中最主要的操作就是push(),pop(),top()。

push操作每次把元素加入到queue1中即可，而pop和top操作就需要借助另一个队列了。假设queue1中压入了5个元素：1,2,3,4,5。则此时需要pop，也就是删除元素5。那么现在就需要把元素1,2,3,4pop了，才能pop元素5，但是栈操作中元素 1,2,3,4不应该被pop掉,所以，就需要把1,2,3,4push到queue2中。每次pop操作,就先检查queue1中是否有元素，如果有n 个元素，就把前面的n-1个元素pop,然后push到queue2中，然后执行pop；否则，就先把queue2中的n-1元素转移到queue1中，然后执行pop操作。top操作与pop操作类似。

bool pop(){    if(!pStack.queue1.size() && !pStack.queue2.size())      return false;    if(pStack.queue1.size()) {      while(pStack.queue1.size() != 1){        pStack.queue2.push(pStack.queue1.front());        pStack.queue1.pop();      }      pStack.queue1.pop();      return true;    }    else{      while(pStack.queue2.size() != 1){        pStack.queue1.push(pStack.queue2.front());        pStack.queue2.pop();      }      pStack.queue2.pop();      return true;    }  }  int top(){    if(pStack.queue1.size()) {      while(pStack.queue1.size() != 1){        pStack.queue2.push(pStack.queue1.front());        pStack.queue1.pop();      }      return pStack.queue1.front();    }    else{      while(pStack.queue2.size() != 1){        pStack.queue1.push(pStack.queue2.front());        pStack.queue2.pop();      }      int top = pStack.queue2.front();      pStack.queue2.pop()      pStack.queue1.push(top);      return top;    }  }

完整代码详见： https://github.com/whc2uestc/DataStructure-Algorithm