C++刷题（二）：栈 + 队列

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本专栏主要记录本人的基础算法学习以及刷题记录，使用语言为C++。
每道题我会给出LeetCode上的题号（如果有题号），题目，以及最后通过的代码。没有题号的题目大多来自牛客网。对于题目的讲解，主要是个人见解，如有不正确，欢迎指正，一起进步！

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题目

20. 有效的括号
225. 用队列实现栈
232. 用栈实现队列
622. 设计循环队列
面试题03.05. 栈排序

20. 有效的括号

经典的括号匹配题：利用栈。遇到左括号：入栈，遇到右括号：出栈
不过写代码时要注意：因为我们要让'(' 匹配 ')'，所以遇到左括号时，直接将它对应的右括号入栈，后续可以直接字符比较判断。
在这里插入图片描述

class Solution {
public:bool isValid(string s) {stack<char> st;for(auto ch : s){if(ch == '('){st.push(')'); // 需要匹配的}else if (ch == '['){st.push(']');}else if (ch == '{'){st.push('}');}else{if( st.empty() || ch != st.top()){ // 这里要先判断栈是否为空return false;}st.pop();}}return st.empty();}
};

225. 用队列实现栈

首先我们要了解栈的特点：先进后出，队列的特点：先进先出
因此，这道题的难点在于：如何让新入队的元素处于队头？

这道题给了我们两个队列，如果将一个队列当做主队列（即栈），另一个队列作为辅助队列，我们就可以利用辅助队列来改变新入队的元素的位置：
前提：每次操作前，辅助队列要为空。
思想：如果直接让新元素进主队列，那这个元素肯定是最后一个了，但是直接让新元素进辅助队列，那这个新元素就是辅助的第一个元素。所以我们先让新元素进入辅助队列，然后再把主队列（栈）里的元素依次出栈放入辅助队列，这样在辅助队列里新元素第一个出队列，而其他元素的出队列顺序与原来的主队列（栈）保持一致。这时候我们再交换辅助队列和主队列的身份。

class MyStack {
public:queue<int> queue1; queue<int> queue2; MyStack() {}void push(int x) {queue2.push(x); // 把新元素放到辅助队列while(!queue1.empty()){queue2.push(queue1.front()); // 依次将栈的元素放入辅助队列queue1.pop();}swap(queue1, queue2);}int pop() {int r = queue1.front();queue1.pop();return r;}int top() {return queue1.front();}bool empty() {return queue1.empty();}
};/*** Your MyStack object will be instantiated and called as such:* MyStack* obj = new MyStack();* obj->push(x);* int param_2 = obj->pop();* int param_3 = obj->top();* bool param_4 = obj->empty();*/

232. 用栈实现队列

在这里插入图片描述
只需要让一个栈进，一个栈负责出就行了。当一个栈的元素全部倒入另一个栈，这时候元素的出入顺序就会完全改变一次。（为了节约时间，我们只在outStack里面元素彻底为空且遇到出栈需求时，才将inStack的数据倒入`outStack）

class MyQueue {
public:stack<int> inStack, outStack;void in_to_out(){ // 倒转while(!inStack.empty()){outStack.push(inStack.top());inStack.pop();}}MyQueue() {}void push(int x) {inStack.push(x);}int pop() {if(outStack.empty()){in_to_out();}int r = outStack.top();outStack.pop(); return r;}int peek() {if(outStack.empty()){in_to_out();}return outStack.top();}bool empty() {return inStack.empty() && outStack.empty();}
};/*** Your MyQueue object will be instantiated and called as such:* MyQueue* obj = new MyQueue();* obj->push(x);* int param_2 = obj->pop();* int param_3 = obj->peek();* bool param_4 = obj->empty();*/

622. 设计循环队列

在这里插入图片描述
下面解法以数组为例：
环形队列的关键在于：1，如何通过取模来达到走环的效果；2，如何判断队列满和空的情况。
对于循环：当一个数+1时可能超出最大值，则需要%来控制此数的大小任然在下标范围内；
对于判空：起始时front指针和rear指针都指向空；对于满，我们可以牺牲一个空间，即：当rear+1 == front的时候为满（但注意rear + 1要确保在数组下标内）。
下面做法以front的后一位为第一个数据位为例：

class MyCircularQueue {
public:// 用数组来模拟循环队列，让front指向的位置为空，front下一个位置才有节点// front == rear时为空，当 rear + 1 == front 时为满 MyCircularQueue(int k) {capacity = k;front = rear = 0;que = vector<int> (k+1); // 比容量多开一个空间，则数组下标为[0, k]（后续我们要让rear和front的下标在这个范围内，不然会越界）}bool enQueue(int value) {if(isFull()){return false;}rear = (rear + 1) % (capacity + 1);  que[rear] = value;return true;}bool deQueue() {if(isEmpty()){return false;}front = (front + 1) % (capacity + 1);return true;}int Front() {if(isEmpty()){return -1;}return que[(front + 1) % (capacity + 1)];}int Rear() {if(isEmpty()){return -1;}return que[rear];}bool isEmpty() {return rear == front;}bool isFull() {return ((rear + 1) % (capacity + 1)) == front;}private:int front;int rear;int capacity;vector<int> que;
};/*** Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:* MyCircularQueue* obj = new MyCircularQueue(k);* bool param_1 = obj->enQueue(value);* bool param_2 = obj->deQueue();* int param_3 = obj->Front();* int param_4 = obj->Rear();* bool param_5 = obj->isEmpty();* bool param_6 = obj->isFull();*/

面试题03.05. 栈排序

在这里插入图片描述
这道题的题目表述不清楚，看示例可以发现，实际上是往栈里面插入元素，要保证插入后的顺序从栈底到栈顶是从大到小的。
我们只需要将每次要插入的元素和栈中已经有的元素作比较，找到合适的位置插入。
如：栈顶元素为t，要插入元素为val，如果val < t，就直接入栈，否则，先让t进入辅助栈，重复此过程，直到找到合适的位置插入，插入完后，把st2的元素倒回来。

class SortedStack {
public:SortedStack() {}void push(int val) {while( !st1.empty() && st1.top() < val){st2.push(st1.top()); // 把st1的元素暂存到st2st1.pop();}st1.push(val);// 把st2的元素倒回来while(!st2.empty()){st1.push(st2.top());st2.pop();}}void pop() {if(!st1.empty()){st1.pop();}}int peek() {if(!st1.empty()){return st1.top();}return -1;}bool isEmpty() {return st1.empty();}
private:stack<int> st1, st2;
};/*** Your SortedStack object will be instantiated and called as such:* SortedStack* obj = new SortedStack();* obj->push(val);* obj->pop();* int param_3 = obj->peek();* bool param_4 = obj->isEmpty();*/