作者 | 王磊

來源 | Java中文社群（ID：javacn666）

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本文已收錄至 Github《小白學算法》系列：https://github.com/vipstone/algorith

之前我們講過《用兩個棧實現(xiàn)一個隊列》，而今天我們要講的是「用隊列實現(xiàn)棧」，它們都屬于常見的面試題，而我們今天要用多種方法來實現(xiàn)隊列到棧的“轉(zhuǎn)變”。

老規(guī)矩，先來回顧一下棧（Stack）和隊列（Queue）的特性和常見方法。

棧是后進先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常見方法如下：

• push()：入棧方法，向棧頂添加元素；

• pop()：出棧方法，將棧頂?shù)脑匾瞥⒎祷卦?#xff1b;

• peek()：查詢棧頂元素，并不會移除元素。

隊列是先進先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常見方法如下：

• offer()：入隊方法，向隊尾添加元素；

• poll()：出隊方法，從隊頭移除并返回元素；

• peek()：查詢隊頭元素，并不會移除元素。

知道了這些基礎內(nèi)容之后，就來看今天的問題吧。

題目描述

使用隊列實現(xiàn)棧的下列操作：

push(x) -- 元素 x 入棧

pop() -- 移除棧頂元素

top() -- 獲取棧頂元素

empty() -- 返回棧是否為空

注意:

• 你只能使用隊列的基本操作-- 也就是 push to back, peek/pop from front, size, 和 is empty 這些操作是合法的；

• 你所使用的語言也許不支持隊列。你可以使用 list 或者 deque（雙端隊列）來模擬一個隊列 , 只要是標準的隊列操作即可；

• 你可以假設所有操作都是有效的（例如, 對一個空的棧不會調(diào)用 pop 或者 top 操作）。

LeetCode 225：https://leetcode-cn.com/problems/implement-stack-using-queues/

題目解析

這道題的題目很好理解：只需要將先進先出的隊列，轉(zhuǎn)換為后進先出的“棧”就可以了，我們可以從多個方向入手來實現(xiàn)此功能，比如使用兩個隊列插入并交換的方式，或者是一個隊列插入再交換的方式，或雙端隊列的方式來實現(xiàn)此功能，具體實現(xiàn)方法和代碼如下。

實現(xiàn)方法 1：兩個隊列實現(xiàn)棧

之前我們用兩個棧實現(xiàn)了一個隊列的文章中，主要使用的是「負負得正」的思想，那么當看到此道題時，首先應該想到的是用兩個隊列來實現(xiàn)一個棧，但這里的實現(xiàn)思路和用棧實現(xiàn)隊列的思路又略有不同，因為隊列都是先進先出的，我們可以把它理解為「正數(shù)」，那么也就不能用「負負得正」的思想了，我們這里使用兩個隊列來實現(xiàn)棧，主要的操作思路是先將元素插入一個臨時隊列中，然后再將另一個隊列的所有元素插入到臨時隊列的尾部，從而實現(xiàn)后進先出功能的，具體的實現(xiàn)步驟如下。

步驟一

添加首個元素，入列到臨時隊列 queue2：

步驟二

因為正式隊列中無元素，因此無需將 queue1?中的元素移動到臨時隊列 queue2?的尾部，直接將臨時隊列和正式隊列互換即可：

步驟三

添加第二個元素，先入列到臨時隊列 queue2：

步驟四

再將 queue1 中的元素移動到 queue2?的尾部，如下所示：

步驟五

再將 queue1 和 queue2 進行互換：

步驟六

執(zhí)行出隊操作：

最終效果

從最終的效果圖我們可以看出，通過兩個隊列已經(jīng)實現(xiàn)了后進先出的特性，也就是完成了從隊列到棧的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)代碼如下：

import?java.util.Queue;class?MyStack?{Queue<Integer>?queue1;Queue<Integer>?queue2;public?MyStack()?{queue1?=?new?LinkedBlockingQueue();queue2?=?new?LinkedBlockingQueue();}/***?入棧*/public?void?push(int?x)?{//?1.入列臨時隊列二queue2.offer(x);//?2.將隊列一的所有元素移動到隊列二while?(!queue1.isEmpty())?{queue2.offer(queue1.poll());}//?3.隊列一和隊列二互換Queue<Integer>?temp?=?queue1;queue1?=?queue2;queue2?=?temp;}/***?出棧并返回此元素*/public?int?pop()?{return?queue1.poll();}/***?查詢棧頂元素*/public?int?top()?{return?queue1.peek();}/***?判斷是否為空*/public?boolean?empty()?{return?queue1.isEmpty();} }

我們在 LeetCode 中提交以上測試代碼，執(zhí)行結(jié)果如下：

此方法很穩(wěn)，竟然擊敗了 100% 的用戶。

實現(xiàn)方法 2：一個隊列實現(xiàn)棧

那我們可以不可以用一個隊列來實現(xiàn)棧呢？答案是肯定的。

我們只需要執(zhí)行以下兩個步驟就可以實現(xiàn)將隊列轉(zhuǎn)換為棧了，具體實現(xiàn)步驟如下：

將元素入列到隊尾；

再將除隊尾之外的所有元素移除并重寫入列。

這樣操作之后，最后進入的隊尾元素反而變成了隊頭元素，也就實現(xiàn)了后進先出的功能了，如下圖所示。

步驟一

元素 1 入列：

步驟二

元素 2 入列：

步驟三

將最后一個元素之前的所有元素，也就是元素 1，出列重新入列：

步驟四

執(zhí)行出隊操作：

最終效果

以上思路的實現(xiàn)代碼如下：

import?java.util.Queue;class?MyStack?{Queue<Integer>?queue1;public?MyStack()?{queue1?=?new?LinkedBlockingQueue();}/***?入棧*/public?void?push(int?x)?{//?獲取原隊列長度（要移動的次數(shù)）int?count?=?queue1.size();//?將元素放入隊尾queue1.offer(x);//?將除最后一個元素外，其他的元素重新入隊for?(int?i?=?0;?i?<?count;?i++)?{System.out.println("for");queue1.offer(queue1.poll());}}/***?出棧并返回此元素*/public?int?pop()?{return?queue1.poll();}/***?查詢棧頂元素*/public?int?top()?{return?queue1.peek();}/***?判斷是否為空*/public?boolean?empty()?{return?queue1.isEmpty();} }

我們把以上代碼在 LeetCode 中提交，執(zhí)行結(jié)果如下：

此方法依舊很穩(wěn)，也是同樣的擊敗了 100% 的用戶，只不過此方法在內(nèi)存方面有更好的表現(xiàn)。

實現(xiàn)方法 3：雙端隊列實現(xiàn)棧

如果覺得以上方法比較難的話，最后我們還有一個更簡單的實現(xiàn)方法，我們可以使用 Java 中的雙端隊列 ArrayDeque?來實現(xiàn)將元素可以插入隊頭或隊尾，同樣移除也是，那么這樣我們就可以從隊尾入再從隊尾出，從而就實現(xiàn)了棧的功能了。

雙端隊列結(jié)構(gòu)如下：

我們來演示一下用雙端隊列實現(xiàn)棧的具體步驟。

步驟一

元素 1 入隊：

步驟二

元素 2 入隊（隊尾）：

步驟三

再從隊尾出隊：

最終效果

以上思路的實現(xiàn)代碼如下：

import?java.util.ArrayDeque;class?MyStack?{ArrayDeque<Integer>?deque;public?MyStack()?{deque?=?new?ArrayDeque<>();}/***?入棧*/public?void?push(int?x)?{deque.offer(x);}/***?出棧并返回此元素*/public?int?pop()?{return?deque.pollLast();}/***?查詢棧頂元素*/public?int?top()?{return?empty()???-1?:?deque.peekLast();}/***?判斷是否為空*/public?boolean?empty()?{return?deque.isEmpty();} }

我們把以上代碼在 LeetCode 中提交，執(zhí)行結(jié)果如下：

總結(jié)

本文我們用 3 種方法實現(xiàn)了將隊列轉(zhuǎn)換為棧，其中最簡單的方法是用 Java 中自帶的雙端隊列 ArrayDeque?從隊尾入并從隊尾出就實現(xiàn)了棧 ，其他兩個方法使用的是普通隊列，通過入隊之后再移動元素到入隊元素之后的方法，從而實現(xiàn)了棧的功能。

小伙伴們，你學會了嗎？

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的队列实现栈的3种方法，全都击败了100%的用户！的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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