Java栈与队列怎么实现

1、实现循环队列

【OJ链接】

循环队列一般通过数组实现。我们需要解决几个问题。

（1）数组下标实现循环

a、下标最后再往后(offset 小于 array.length): index = (index + offset) % array.length。通俗一点，就是如果我们的数组大小为8，下标走到了7，再往后如何回到0，我们可以（index+1）%8来实现。

b、下标最前再往前的时候，我们特殊判断一下，将其置为数组大小减一即可。

（2）区分队列的满与空

我们可以给数组预留一个位置，如果rear+1=front，则表示队列已满；如果rear=front，表示队列为空。这个情况下，我们需要考虑队列大小的问题，在定义数组大小时，需要比原有的大一。

 【代码如下】

class MyCircularQueue {
    public int front;
    public int rear;
    public int[] array;
 
    //构造方法
    public MyCircularQueue(int k) {
       //因为预留位置的缘故，数组的大小要定义为k+1
       this.array=new int[k+1];
    }
    //入队
    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()){
            return false;
        }
        this.array[this.rear]=value;
        this.rear=(this.rear+1)%this.array.length;
        return true;
    }
    //出队
    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        this.front=(this.front+1)%this.array.length;
        return true;
    }
    //获取队头
    public int Front() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return this.array[front];
    }
    //获取队尾
    public int Rear() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        int index=-1;
        if(this.rear==0){
            index=this.array.length-1;
        }else{
            index=this.rear-1;
        }
        return this.array[index];
    }
    //判断是否为空
    public boolean isEmpty() {
        if(this.front==this.rear){
            return true;
        }
        return false;
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull() {
        if((this.rear+1)%this.array.length==this.front){
            return true;
        }
        return false;
    }
}

2、队列实现栈

【OJ链接】

因为栈的先进后出、队列的先进先出原则。我们需要两个队列来实现栈。当两个队列都为空时，栈为空。

• 入栈（push）：第一次入栈无所谓，两个队列都为空，随便选择一个队列入队即可；后面入栈时，肯定会有一个队列不为空，找到不为空的队列，进行入队操作。

• 出栈（pop）：首先栈为空时，不能进行出栈操作；栈不为空时，肯定有一个队列为空（queue1），一个队列不为空（queue2），将queue1中的size-1个元素出栈到queue2中（特别注意不能将求queue1大小的函数放进循环里，queue进行出队操作时，其大小是改变的），最后将queue1中最后一个元素进行出队最为返回值。

• 获取栈顶元素（top）：和出栈差不多，就不细说了

【代码如下】

class MyStack {
    private Queue<Integer> queue1;
    private Queue<Integer> queue2;
 
    //构造方法
    public MyStack() {
        queue1=new LinkedList<>();
        queue2=new LinkedList<>();
    }
    //入栈
    public void push(int x) {
        if(!queue2.isEmpty()){
            queue2.offer(x);
        }else{
            queue1.offer(x);
        }
    }
    //出栈
    public int pop() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if(queue1.isEmpty()){
            int size=queue2.size();
            for(int i=0;i<size-1;++i){
                int x=queue2.poll();
                queue1.offer(x);
            }
            return queue2.poll();
        }else{
            int size=queue1.size();
            for(int i=0;i<size-1;++i){
                int x=queue1.poll();
                queue2.offer(x);
            }
            return queue1.poll();
        }
    }
    //获取栈顶元素
    public int top() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if(queue1.isEmpty()){
            int x=-1;
            int size=queue2.size();
            for(int i=0;i<size;++i){
                x=queue2.poll();
                queue1.offer(x);
            }
           return x;
        }else{
            int size=queue1.size();
            int x=-1;
            for(int i=0;i<size;++i){
                x=queue1.poll();
                queue2.offer(x);
            }
            return x;
        }
    }
    //判断栈是否为空
    public boolean empty() {
        if(queue1.isEmpty()&&queue2.isEmpty()){
            return true;
        }
        return false;
    }
}

3、栈实现队列

【OJ链接】

还是和上面一样，需要用到两个栈（stack1、stack2）。和实现栈列不同的是，入队只能对同一个栈进行操作。如果两个栈都为空，则队列为空。

• 入队（push）：规定stack1用来入队。每次入队时，对stack1进行入栈操作即可。

• 出队（pop）：规定stack2进行出队操作。如果队列为空时，不能进行出队操作。当stack2为空时，我们需要将stack1中所有元素出栈，放入stack2中，然后对stack2进行出栈操作。如果stack2不为空，则直接对stack2进行出栈操作即可。

• 获取队列开头元素（peek）：和出栈操作相同，最后只需要获取stack2的栈顶元素即可。

【代码如下】

class MyQueue {
    private Stack<Integer> stack1;
    private Stack<Integer> stack2;
    //构造方法
    public MyQueue() {
        stack1=new Stack<>();
        stack2=new Stack<>();
    }
    //入队操作
    public void push(int x) {
        stack1.push(x);
    }
    //出队操作
    public int pop() {
        if(stack2.empty()){
            int size=stack1.size();
            for(int i=0;i<size;++i){
                int x=stack1.pop();
                stack2.push(x);
            }
        }
        return stack2.pop();
 
    }
    //获取队列开头的元素
    public int peek() {
        if(stack2.empty()){
            int size=stack1.size();
            for(int i=0;i<size;++i){
                int x=stack1.pop();
                stack2.push(x);
            }
        }
        return stack2.peek();
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean empty() {
        if(stack1.empty()&&stack2.empty()){
            return true;
        }
        return false;
    }
}

4、实现最小栈

【OJ链接】

其实就是要在O(1)的时间复杂度内找到栈的最小元素。需要两个栈来实现，一个栈来进行出栈、入栈操作。只需要保证不管如何操作，另一个栈的栈顶元素都是当前栈的最小元素即可。

两个栈stack1、stack2，站的操作都在stack1中：

• 入栈：如果第一次入栈，我们需要将其也放入stack2中，之后的入栈，将入栈元素与stack2的栈顶元素进行比较，如果其小于stack2的栈顶元素，则将其放入stack2中。

• 出栈：对stack1出栈时，将其与stack2的栈顶元素进行比较，如果其等于stack2的栈顶元素，则对stack2进行出栈操作。

这样就能保证stack2的栈顶元素总是stack1的最小元素。注意：如果stack1中入栈两个相同的最小元素，都需要对stack2进行入栈。

【代码如下】

class MinStack {
    private Stack<Integer> stack1;
    private Stack<Integer> stack2;
    //构造方法
    public MinStack() {
        stack1=new Stack<>();
        stack2=new Stack<>();
    }
    //入栈
    public void push(int val) {
        stack1.push(val);
        if(stack2.empty()){
            stack2.push(val);
        }else{
            if(val<=stack2.peek()){
                stack2.push(val);
            }
        }
    }
    //出栈
    public void pop() {
        int x=stack1.pop();
        if(x==stack2.peek()){
            stack2.pop();
        }
    }
    //获取栈顶元素
    public int top() {
        return stack1.peek();
    }
    //获取栈的最小元素
    public int getMin() {
        return stack2.peek();
    }
}

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