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栈&队列OJ练习题(C语言版)

admin • 2023-11-08 19:54 • C/C++

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一、括号匹配问题

完整版C语言代码：

二、用队列实现栈

完整版C语言代码：

三、用栈实现队列

完整版C语言代码：

四、设计循环队列

完整版C语言代码：

如果栈和队列忘了，不妨看看小生的这两篇复习一下数据结构与算法—栈数据结构与算法—队列

一、括号匹配问题

20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

思路：

将左括号放入栈中，通过出栈与为入栈的符号进行比较。

由于我们用C语言做这道题，所以代码前要加上咱们实现的栈的代码，同时要将数据类型STDataType改为char类型。

完整版C语言代码：

typedef char STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

void STPush(ST* pst,STDataType x)
{
	if (pst->top == pst->capacity) {
		int newCapacity = pst->capacity == 0 ? 4 :pst-> capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL) {
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newCapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top == 0;
}

void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];
}


int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}

//------以下为OJ提供-------

bool isValid(char* s) {
    ST st;
    STInit(&st);
    while (*s) {
        if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{') {
            STPush(&st, *s);
        }
        else {
            if (STEmpty(&st)) {
                STDestroy(&st);
                return false;
            }
            char top = STTop(&st);
            STPop(&st);
            if ((top != '(' && *s == ')') ||
                (top != '{' && *s == '}') ||
                (top != '[' && *s == ']')) {
                STDestroy(&st);
                return false;
            }
        }
        s++;
    }
    bool ret = STEmpty(&st);
    STDestroy(&st);
    return ret;
}

讲解：

isValid函数：

创建栈结构体ST变量 st，然后进行初始化。

以*s为循环进行条件

首先，创建一个名为 st 的 ST 结构体实例，并使用 STInit 初始化它。

然后，遍历输入字符串 s 中的每个字符。

对于每个字符，如果是左括号 '('，'['，'{' ，则将其推入栈中。

如果是右括号 ')'，']'，'}' ，则执行以下操作：

检查栈是否为空，如果为空，表示没有对应的左括号，则销毁栈，返回 false。

否则，弹出栈顶元素，将其与当前右括号进行匹配。如果不匹配，则销毁栈，返回 false。

最后，遍历完整个字符串后，检查栈是否为空。如果栈为空，表示所有括号都成功匹配，返回 true，否则返回 false。

最后，调用 STDestroy 销毁栈，并返回最终的匹配结果。

二、用队列实现栈

225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）

思路：

准备两个队列，第一个队列依次出队到只剩一个数据时停止，将已出队的数据依次入队到第二个队列，将第一个队列仅剩的一个数据出队即实现了栈的出栈。入栈时哪个队列不为空则在哪个队列入队。

由于我们用C语言做这道题，所以代码前要加上咱们实现的队列的代码。

完整版C语言代码：

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
    struct QueueNode* next;
    QDataType data;
}QNode;

typedef struct Queue
{
    QNode* phead;
    QNode* ptail;
    int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    pq->phead = NULL;
    pq->ptail = NULL;
    pq->size = 0;
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    QNode* cur = pq->phead;
    while (cur) {
        QNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    pq->phead = pq->ptail = NULL;
    pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
    assert(pq);
    QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    if (newnode == NULL) {
        perror("mallloc failn");
        return;
    }
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;
    if (pq->ptail == NULL) {
        assert(pq->phead == NULL);
        pq->phead = pq->ptail = newnode;
    }
    else {
        pq->ptail->next = newnode;
        pq->ptail = newnode;
    }
    pq->size++;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    return pq->size == 0;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    assert(!QueueEmpty(pq));
    if (pq->phead->next == NULL) {
        free(pq->phead);
        pq->phead = pq->ptail = NULL;
    }
    else {
        QNode* next = pq->phead->next;
        free(pq->phead);
        pq->phead = next;
    }
    pq->size--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    assert(!QueueEmpty(pq));
    return pq->phead->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    assert(!QueueEmpty(pq));
    return pq->ptail->data;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    return pq->size;
}

//------以下为OJ提供-------

typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;

MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if (obj == NULL) {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if (!QueueEmpty(&obj->q1)) {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    Queue* pEmptyQ = &obj->q1;
    Queue* pNonEmptyQ = &obj->q2;
    if (!QueueEmpty(&obj->q1)) {
        pEmptyQ = &obj->q2;
        pNonEmptyQ = &obj->q1;
    }
    while (QueueSize(pNonEmptyQ) > 1) {
        QueuePush(pEmptyQ, QueueFront(pNonEmptyQ));
        QueuePop(pNonEmptyQ);
    }
    int top = QueueFront(pNonEmptyQ);
    QueuePop(pNonEmptyQ);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    if (!QueueEmpty(&obj->q1)) {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1) &&
        QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
}

讲解：

1、
typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;
首先在匿名结构体MyStack中设置两个成员 q1、q2，他们的类型为结构体Queue。

2、
MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if (obj == NULL) {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}
myStackCreate中首先创建结构体 MyStack 指针 obj，并为其开辟空间，开辟失败则打印错误信息，然后对 obj 的两个成员 (队列) 进行初始化。

3、
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if (!QueueEmpty(&obj->q1)) {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
    else {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
}
myStackPush中首先判断哪个队列不为空，对不为空的队列进行入队（入栈）。

4、
int myStackPop(MyStack* obj) {
    Queue* pEmptyQ = &obj->q1;
    Queue* pNonEmptyQ = &obj->q2;
    if (!QueueEmpty(&obj->q1)) {
        pEmptyQ = &obj->q2;
        pNonEmptyQ = &obj->q1;
    }
    while (QueueSize(pNonEmptyQ) > 1) {
        QueuePush(pEmptyQ, QueueFront(pNonEmptyQ));
        QueuePop(pNonEmptyQ);
    }
    int top = QueueFront(pNonEmptyQ);
    QueuePop(pNonEmptyQ);
    return top;
}
myStackPop中首先要找到为“空”和“不为空”的队列，假设队列q1为空，q2不为空，通过QueueEmpty判断如果q1为空则假设不变，否则二者互换。

然后将不为空的队列的数据依次入队到为空的队列，入队结束后将不为空的队列进行出队，进行下一次循环，直到不为空的队列只剩一个元素停止循环。

调用QueueFront函数获取队头节点赋值给变量top，将不为空队列仅剩的数据出队。

返回top。

5、
int myStackTop(MyStack* obj) {
    if (!QueueEmpty(&obj->q1)) {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}
myStackTop函数找出不为空的队列，对不为空的队列调用QueueBack返回栈顶元素。

6、
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1) &&
        QueueEmpty(&obj->q2);
}
myStackEmpty调用QueueEmpty判断两个队列是否为空即为判断栈是否为空。

7、
void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
}
myStackFree调用 QueueDestroy释放两个队列的内存空间，最后释放栈 obj 的内存空间。

三、用栈实现队列

232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）

思路：

一个栈用于入队，一个栈用于出队。出队栈不为空则从入队栈依次出栈，然后入栈到出队栈，这时原本入队栈的数据在出队栈中直接出栈，即可实现队列的先进先出，再次入队时数据进入入队栈，等待出队栈为空时再将数据倒过来。

由于我们用C语言做这道题，所以代码前要加上咱们实现的栈的代码。

完整版C语言代码：

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}

void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	if (pst->top == pst->capacity) {
		int newCapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL) {
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newCapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}

bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top == 0;
}

void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}

STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];
}

int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}

//------以下为OJ提供-------

typedef struct {
	ST pushst;
	ST popst;
} MyQueue;

MyQueue* myQueueCreate() {
	MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
	if (obj == NULL) {
		perror("malloc fail");
		return 0;
	}
	STInit(&obj->pushst);
	STInit(&obj->popst);
	return obj;
}

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
	STPush(&obj->pushst, x);
}

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
	int front = myQueuePeek(obj);
	STPop(&obj->popst);
	return front;
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
	if (STEmpty(&obj->popst)) {
		while (!STEmpty(&obj->pushst)) {
			STPush(&obj->popst, STTop(&obj->pushst));
			STPop(&obj->pushst);
		}
	}
	return STTop(&obj->popst);
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
	return STEmpty(&obj->pushst) && STEmpty(&obj->popst);
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
	STDestroy(&obj->pushst);
	STDestroy(&obj->popst);
	free(obj);
}

讲解：

1、
typedef struct {
	ST pushst;
	ST popst;
} MyQueue;
在MyQueue结构体中创建两个栈 pushst 和 popst。

2、
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if (obj == NULL) {
        perror("malloc fail");
        return 0;
    }
    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
    return obj;
}
创建一个 MyQueue 类型的队列 obj 。然后通过 malloc 申请内存，如果申请失败则调用perror打印错误信息，结束函数，然后分别初始化 pushst 和 popst 两个栈，返回队列obj。

3、
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    STPush(&obj->pushst, x);
}
将元素 x 入队。直接调用 STPush 函数将元素 x 压入 pushst 栈。

4、
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    int front = myQueuePeek(obj);
    STPop(&obj->popst);
    return front;
}
这个函数用于将队首元素出队，并返回其值。首先调用 myQueuePeek 函数获取队首元素的值，然后调用 STPop 函数将元素从 popst 栈中弹出。

5、
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if (STEmpty(&obj->popst)) {
        while (!STEmpty(&obj->pushst)) {
            STPush(&obj->popst, STTop(&obj->pushst));
            STPop(&obj->pushst);
        }
    }
    return STTop(&obj->popst);
}
这个函数用于获取队首元素的值。首先判断 popst 栈是否为空，如果为空则将 pushst 栈中的所有元素依次弹出并压入 popst 栈，最后通过 STTop 函数获取 popst 栈顶元素的值。

6、
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return STEmpty(&obj->pushst) && STEmpty(&obj->popst);
}
这个函数用于判断队列是否为空。只有当 pushst 和 popst 两个栈都为空时，队列才为空。

7、
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestroy(&obj->pushst);
    STDestroy(&obj->popst);
    free(obj);
}
这个函数用于释放 MyQueue 类型队列所占用的内存空间。

首先调用 STDestroy 函数销毁 pushst 和 popst 两个栈，然后调用 free 函数释放 obj 所占用的内存空间。

四、设计循环队列

622. 设计循环队列

思路：

选择数组作为循环队列，为了避免队列为空和队列为满时 front 和 rear 相同的情况，将数组的容量设置为比题中要求的队列长度大一（即实际容量为k+1）。

完整版C语言代码：

typedef struct {
    int front;
    int rear;
    int k;
    int* a;
} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc((k + 1) * sizeof(int));
    obj->k = k;
    obj->front = obj->rear = 0;
    return obj;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front == obj->rear;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) == obj->front;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if (myCircularQueueIsFull(obj)) {
        return false;
    }
    obj->a[obj->rear] = value;
    obj->rear++;
    obj->rear %= (obj->k + 1);
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return false;
    }
    obj->front++;
    obj->front %= (obj->k + 1);
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->a[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->a[(obj->rear + obj->k) % (obj->k + 1)];
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}

讲解：

1、
typedef struct {
    int front;
    int rear;
    int k;
    int* a;
} MyCircularQueue;
定义MyCircularQueue结构体，front指向队列第一个元素，rear指向队列最后一个元素的下一个位置，k为队列容量，指针a用于动态分配数组存储队列元素。

2、
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc((k + 1) * sizeof(int));
    obj->k = k;
    obj->front = obj->rear = 0;
    return obj;
}
对队列obj开辟空间，为数组a分配k+1个整型元素大小的空间，多出来的一个空间用于区分空队列和满队列，将k的值存储在队列obj中，初始化 front 和 rear 为 0。

这里将检查队列是否为空或已满的函数从后面移动到这里，方便后续函数能正常调用。

3、
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front == obj->rear;
}
如果front与rear重合，则队列为空。

4、
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) == obj->front;
}
通过 (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) 计算下一个元素将要插入的位置，如果这个位置和 front 相同，说明队列已满。

5、
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if (myCircularQueueIsFull(obj)) {
        return false;
    }
    obj->a[obj->rear] = value;
    obj->rear++;
    obj->rear %= (obj->k + 1);
    return true;
}
首先检查队列是否已满。

如果满了，返回 false；不满则将数据放入数组的rear位置，然后rear向后移动一位。

如果rear移动到最后一个元素的后一项位置，则通过 obj->rear %= (obj->k + 1); 更新rear的位置。

6、
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return false;
    }
    obj->front++;
    obj->front %= (obj->k + 1);
    return true;
}
首先检查队列是否为空。如果为空，返回 false，

如果不空，更新 front 的值，表示已经移除了一个元素，返回 true。

7、
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->a[obj->front];
}
如果队列为空，返回 -1。

如果不空，返回 front 指向的元素。

8、
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->a[(obj->rear + obj->k) % (obj->k + 1)];
}
如果队列为空，返回 -1。

如果不空，返回 rear 指向的前一个元素。

9、
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}
释放队列数组 a 和队列结构体的内存空间。

本图文内容来源于网友网络收集整理提供，作为学习参考使用，版权属于原作者。

THE END

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