Go实现栈与队列基本操作

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目录

• 一 前言
• 二 实现栈与队列基本操作
  • • 2.1 栈基本操作
    • 2.2 队列基本操作
• 三 用栈实现队列
  • • 3.1 理论
    • 3.2 算法题
    • 3.3 思路
    • 3.4 代码部分
• 四 用队列实现栈
  • • 4.1 理论
    • 4.2 算法题
    • 4.3 思路
    • 4.4 使用两个队列实现
    • 4.5 优化
    • 4.6 使用一个队列实现

一 前言

go语言中，并没有栈与队列相关的数据结构，但是我们可以借助切片来实现栈与队列的操作；接下来我们一起实现栈与队列基本操作，并且还会实现用栈实现队列，用队列实现栈的操作。

二 实现栈与队列基本操作

2.1 栈基本操作

go语言实现栈和队列主要用到append 和切片(用内置数组类型进行操作)

//创建栈
stack := make([]int, 0)
//push压入栈
stack = append(stack, 10)
//pop弹出
v := stack[len(stack)-1]
stack = stack[:len(stack)-1]
//检查栈空
len(stack) == 0

2.2 队列基本操作

//创建队列
queue := make([]int, 0)
//enqueue入队
queue = append(queue, 10)
//dequeue出队
v := queue[0]
queue = queue[1:]
//检查队列为空
len(queue) == 0

三 用栈实现队列

3.1 理论

使用栈来模式队列的行为，如果仅仅用一个栈，是一定不行的，所以需要两个栈一个输入栈，一个输出栈，这里要注意输入栈和输出栈的关系。

下面动画模拟以下队列的执行过程如下：

执行语句：

queue.push(1);
queue.push(2);
queue.pop(); 注意此时的输出栈的操作
queue.push(3);
queue.push(4);
queue.pop();
queue.pop();注意此时的输出栈的操作
queue.pop();
queue.empty();

在push数据的时候，只要数据放进输入栈就好，但在pop的时候，操作就复杂一些，输出栈如果为空，就把进栈数据全部导入进来（注意是全部导入），再从出栈弹出数据，如果输出栈不为空，则直接从出栈弹出数据就可以了。

最后如何判断队列为空呢？如果进栈和出栈都为空的话，说明模拟的队列为空了。

3.2 算法题

接下来看一下LeetCode原题

232. 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。

3.3 思路

解决这个问题，需要一个输出栈和输入栈

先将数据放到输入栈，再把数据从输入栈放到输出栈，此时输出栈输出数据的顺序就和队列一样了，先入先出

3.4 代码部分

type MyQueue struct {
	stackIn  []int // 用来保存Push数据
	stackOut []int // 用来保存Pop数据
}

// 栈构造器
func Constructor() MyQueue {
	return MyQueue{
		stackIn:  make([]int, 0),
		stackOut: make([]int, 0),
	}
}

func (this *MyQueue) Push(x int) {
	// 判断stackOut中是否有元素，有的话全部放到stackIn
	for len(this.stackOut) != 0 {
		val := this.stackOut[len(this.stackOut)-1]
		this.stackOut = this.stackOut[:len(this.stackOut)-1]
		this.stackIn = append(this.stackIn, val)
	}
	// 将数据加进stackIn
	this.stackIn = append(this.stackIn, x)
}

func (this *MyQueue) Pop() int {
	// 判断stackIn中是否有元素，有的话全部放到stackOut
	for len(this.stackIn) != 0 {
		val := this.stackIn[len(this.stackIn)-1]
		this.stackIn = this.stackIn[:len(this.stackIn)-1]
		this.stackOut = append(this.stackOut, val)
	}
	// stackOut为零，说明没有元素，return 0
	if len(this.stackOut) == 0 {
		return 0
	}
	// stackOut Pop 元素
	res := this.stackOut[len(this.stackOut)-1]
	this.stackOut = this.stackOut[:len(this.stackOut)-1]
	return res
}

func (this *MyQueue) Peek() int {
	// 调用Pop()方法
	val := this.Pop()
	// val为零，说明没有元素，return 0
	if val == 0 {
		return 0
	}
	// Pop()方法删除了val，这里加上
	this.stackOut = append(this.stackOut, val)
	return val
}

func (this *MyQueue) Empty() bool {
	// 两个栈都为空，说明为空，否则不为空
	return len(this.stackOut) == 0 && len(this.stackIn) == 0
}

代码可以直接拿到力扣上运行。我已经将细节全部用注释解释了，如果不懂可以私信博主。

四 用队列实现栈

4.1 理论

队列模拟栈，其实一个队列就够了，那么我们先说一说两个队列来实现栈的思路。

队列是先进先出的规则，把一个队列中的数据导入另一个队列中，数据的顺序并没有变，并没有变成先进后出的顺序。

所以用栈实现队列， 和用队列实现栈的思路还是不一样的，这取决于这两个数据结构的性质。

但是依然还是要用两个队列来模拟栈，只不过没有输入和输出的关系，而是另一个队列完全用又来备份的！

如下面动画所示，用两个队列que1和que2实现队列的功能，que2其实完全就是一个备份的作用，把que1最后面的元素以外的元素都备份到que2，然后弹出最后面的元素，再把其他元素从que2导回que1。

模拟的队列执行语句如下：

queue.push(1);
queue.push(2);
queue.pop();   // 注意弹出的操作
queue.push(3);
queue.push(4);
queue.pop();  // 注意弹出的操作
queue.pop();
queue.pop();
queue.empty();

4.2 算法题

接下来看一下LeetCode原题

225. 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。

4.3 思路

用两个队列que1和que2实现队列的功能，que2其实完全就是一个备份的作用，把que1最后面的元素以外的元素都备份到que2，然后弹出最后面的元素，再把其他元素从que2导回que1。

4.4 使用两个队列实现

type MyStack struct {
    //创建两个队列
    queue1 []int
    queue2 []int
}

func Constructor() MyStack {
    return MyStack{	//初始化
        queue1:make([]int,0),
        queue2:make([]int,0),
    }
}

func (this *MyStack) Push(x int)  {
     //先将数据存在queue2中
    this.queue2 = append(this.queue2,x)
   //将queue1中所有元素移到queue2中，再将两个队列进行交换
    this.Move()
}

func (this *MyStack) Move(){
    if len(this.queue1) == 0{
        //交换，queue1置为queue2,queue2置为空
        this.queue1,this.queue2 = this.queue2,this.queue1
    }else{
        //queue1元素从头开始一个一个追加到queue2中
            this.queue2 = append(this.queue2,this.queue1[0])
            this.queue1 = this.queue1[1:]	//去除第一个元素
            this.Move()     //重复
    }
}

func (this *MyStack) Pop() int {
    val := this.queue1[0]
    this.queue1 = this.queue1[1:]	//去除第一个元素
    return val

}

func (this *MyStack) Top() int {
    return this.queue1[0]	//直接返回
}

func (this *MyStack) Empty() bool {
return len(this.queue1) == 0
}

4.5 优化

其实这道题目就是用一个队列就够了。

一个队列在模拟栈弹出元素的时候只要将队列头部的元素（除了最后一个元素外） 重新添加到队列尾部，此时在去弹出元素就是栈的顺序了。

4.6 使用一个队列实现

type MyStack struct {
    queue []int//创建一个队列
}

/** Initialize your data structure here. */
func Constructor() MyStack {
    return MyStack{   //初始化
        queue:make([]int,0),
    }
}

/** Push element x onto stack. */
func (this *MyStack) Push(x int)  {
    //添加元素
    this.queue=append(this.queue,x)
}

/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
func (this *MyStack) Pop() int {
    n:=len(this.queue)-1//判断长度
    for n!=0{ //除了最后一个，其余的都重新添加到队列里
        val:=this.queue[0]
        this.queue=this.queue[1:]
        this.queue=append(this.queue,val)
        n--
    }
    //弹出元素
    val:=this.queue[0]
    this.queue=this.queue[1:]
    return val

}

/** Get the top element. */
func (this *MyStack) Top() int {
    //利用Pop函数，弹出来的元素重新添加
    val:=this.Pop()
    this.queue=append(this.queue,val)
    return val
}

/** Returns whether the stack is empty. */
func (this *MyStack) Empty() bool {
    return len(this.queue)==0
}