数据结构之队列的特别实现

队列的特别实现

上两节讲的队列实现方式确实提高了顺序队列和链式队列的效率，可是实现过程还是比较复杂。这样就有可能导致错误，其实有即能复用之前的代码，又比较高效的队列实现算法的。

那就是用栈来实现，可能有人要说了，栈不是后入先出的吗？怎么可能实现栈呢？大家考虑一下，如果使用两个栈呢？如下图：

大家是不是明白一点了呢？

下面做个小结：

1.组合使用两个栈的“后进先出”可以实现队列的“先进先出”；
2.两个栈实现队列的方法复用栈数据结构，实现过程简单且高效；
3.两个栈实现的队列其操作的时间复杂度能够达到O(1)。

栈实现队列方案
实现思路：
1.准备两个栈用于实现队列：inStack和outStack；

2.当有新元素入队时：将其压入inStack中；

3.当需要出队时：

3.1.当outStack为空时：

3.1.1.将inStack中的元素逐一弹出并压入outStack中；

3.1.2.将outStack的栈顶元素弹出；

3.2.当outStack不为空时：

3.2.1.直接将outStack的栈顶元素弹出。

下面看一下具体的实现代码，栈部分参考：栈的定义与实现

创建队列

// 定义队列结构体
typedef struct _tag_SQueue
{LinkStack* inStack;LinkStack* outStack;
} TSQueue;
// 创建队列
SQueue* SQueue_Create() // O(1)
{// 定义队列结构体变量，并申请内存TSQueue* ret = (TSQueue*)malloc(sizeof(TSQueue));// 内存申请成功if( ret != NULL ){// 创建入栈或出栈ret->inStack = LinkStack_Create();ret->outStack = LinkStack_Create();// 创建栈失败，销毁栈，释放内存if( (ret->inStack == NULL) || (ret->outStack == NULL) ){LinkStack_Destroy(ret->inStack);LinkStack_Destroy(ret->outStack);free(ret);ret = NULL;}}// 返回队列地址return ret;
}

销毁队列、清空队列

// 销毁队列
void SQueue_Destroy(SQueue* queue) // O(n)
{   // 清空队列，释放内存SQueue_Clear(queue);free(queue);
}
// 清空队列
void SQueue_Clear(SQueue* queue) // O(n)
{// 定义队列结构体变量，并强制转换入口参数TSQueue* sQueue = (TSQueue*)queue;// 参数合法，清空两个入栈和出栈if( sQueue != NULL ){LinkStack_Clear(sQueue->inStack);LinkStack_Clear(sQueue->outStack);}
}

入队代码

// 入队
int SQueue_Append(SQueue* queue, void* item) // O(1)
{// 定义队列结构体变量，并强制转换入口参数TSQueue* sQueue = (TSQueue*)queue;// 参数合法，将掺入元素压入栈内if( sQueue != NULL ){LinkStack_Push(sQueue->inStack, item);}
}

出队

// 出队
void* SQueue_Retrieve(SQueue* queue) // O(1)
{// 定义队列结构体变量，并强制转换入口参数TSQueue* sQueue = (TSQueue*)queue;void* ret = NULL;// 参数合法，将掺入元素压入栈内if( sQueue != NULL ){// 出栈元素为空if( LinkStack_Size(sQueue->outStack) == 0 ){// 将入栈所有元素压入出栈中while( LinkStack_Size(sQueue->inStack) > 0 ){LinkStack_Push(sQueue->outStack, LinkStack_Pop(sQueue->inStack));}}// 返回弹出的出栈栈顶元素ret = LinkStack_Pop(sQueue->outStack);}return ret;
}

获取队首元素

// 获取队头元素
void* SQueue_Header(SQueue* queue) // O(1)
{// 定义队列结构体变量，并强制转换入口参数TSQueue* sQueue = (TSQueue*)queue;void* ret = NULL;// 参数合法if( sQueue != NULL ){// 出栈元素为空if( LinkStack_Size(sQueue->outStack) == 0 ){// 将入栈所有元素压入出栈中while( LinkStack_Size(sQueue->inStack) > 0 ){LinkStack_Push(sQueue->outStack, LinkStack_Pop(sQueue->inStack));}}// 返回出栈栈顶元素ret = LinkStack_Top(sQueue->outStack);}return ret;
}

获取队长度

// 获取队长度
int SQueue_Length(SQueue* queue) // O(1)
{// 定义队列结构体变量，并强制转换入口参数TSQueue* sQueue = (TSQueue*)queue;int ret = -1;// 参数合法，返回入栈和出栈的长度和if( sQueue != NULL ){ret = LinkStack_Size(sQueue->inStack) + LinkStack_Size(sQueue->outStack);}return ret;
}

头文件

#ifndef _SQUEUE_H_
#define _SQUEUE_H_typedef void SQueue;
// 创建队列
SQueue* SQueue_Create();
// 销毁队列
void SQueue_Destroy(SQueue* queue);
// 清空队列
void SQueue_Clear(SQueue* queue);
// 入队
int SQueue_Append(SQueue* queue, void* item);
// 出队
void* SQueue_Retrieve(SQueue* queue);
// 获取队头元素
void* SQueue_Header(SQueue* queue);
// 获取队长度
int SQueue_Length(SQueue* queue);#endif

测试代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "SQueue.h"/* run this program using the console pauser or add your own getch, system("pause") or input loop */int main(int argc, char *argv[])
{SQueue* queue = SQueue_Create();int a[10] = {0};int i = 0;for(i=0; i<10; i++){a[i] = i + 1;SQueue_Append(queue, a + i);}printf("Header: %d\n", *(int*)SQueue_Header(queue));printf("Length: %d\n", SQueue_Length(queue));for(i=0; i<5; i++){printf("Retrieve: %d\n", *(int*)SQueue_Retrieve(queue));}printf("Header: %d\n", *(int*)SQueue_Header(queue));printf("Length: %d\n", SQueue_Length(queue));for(i=0; i<10; i++){a[i] = i + 1;SQueue_Append(queue, a + i);}while( SQueue_Length(queue) > 0 ){printf("Retrieve: %d\n", *(int*)SQueue_Retrieve(queue));}SQueue_Destroy(queue);return 0;
}

至此，队列也就介绍完了。最后上传一下整体代码链接：双栈实现队列C实现代码

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