栈和队列相互实现 (用队列实现栈/用栈实现队列) 超详细~

1.栈和队列的简单介绍

1.1 栈的简单介绍

栈，一种数据结构，只能从一端进出，先进后出，操作方式主要有出栈和入栈。在Java中，一般使用Stack(已不推荐)和Deque(双端队列)实现。

Java中的实现类：

Stack：

Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();

相应方法：

push(Element): 把元素压栈

pop(Element): 把元素从栈中弹出

Deque:

Deque<Integer> stack2 = new LinkedList<>();
Deque<Integer> stack3 = new ArrayDeque<>();

相应方法：

push(Element) : 把元素压栈

pop(Element): 把元素弹出

addFirst(Element): 等效压栈

removeFirst(Element): 等效弹出

1.2 队列的简单介绍

队列，一种数据结构，先进先出，主要类型有三种，单向队列，双端队列，循环队列。

单向队列

双端队列

循环队列

说到循环队列，leetcode也有经典的题目，实现循环队列，leetcode622

主要实现类 ArrayDeque

和1.1栈的实现一样，队列的实现也是用Deque，因为用双端队列可以模拟单向队列，所以单向和双端队列都用ArrqyDeque实现，循环队列的实现可以参考leetcode622.

相应方法

add(Element) : 在队列尾部添加一个元素 offer() 和add一样但返回是否成功

remove(Element): 删除队列中第一个元素 poll() 和remove一样但为null时不会报错

其他常用方法

clear() 清空队列

peek() 获取第一个元素

isEmpty() 是否为空

2. 用队列实现栈

2.1 leetcode225 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。

class MyStack {Deque<Integer> list1;Deque<Integer> list2;public MyStack() {list1 = new ArrayDeque<>();list2 = new ArrayDeque<>();}public void push(int x) {list2.add(x);while(!list1.isEmpty()){list2.add(list1.remove());//add poll}Deque<Integer> temp = list1;list1 = list2;list2 = temp;}public int pop() {return list1.remove();}public int top() {return list1.peek();}public boolean empty() {return list1.isEmpty();}
}

本题小结

（1）一个主队列，一个辅助队列，主队列时刻保持最新状态

（2）主队列保持最新就意味着(top/Empty/pop)等操作都对最新的队列即主队列操作

（3）来一个新的元素放到辅助队列，然后把主队列的元素都丢到辅助队列，交换即最新

以题中的案例为例，画出主辅队列的变化：

输入：
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 2, 2, false]

解释：
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

上图，更容易理解

2.2 leetcode225 用队列实现栈（一个队列）

在2.1中用的是两个队列实现一个栈，题目限定了两个队列，那么用一个队列也是可以的。

class MyStack {Deque<Integer> list1;public MyStack() {list1 = new ArrayDeque<>();}public void push(int x) {int n = list1.size();list1.add(x);for(int i = 0; i < n; i++){list1.add(list1.remove());}}public int pop() {return list1.remove();}public int top() {return list1.peek();}public boolean empty() {return list1.isEmpty();}
}

直接上图

3. 用栈实现队列

3.1 leetcode232 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。

class MyQueue {Deque<Integer> instack;Deque<Integer> outstack;public MyQueue() {instack = new LinkedList<>();outstack = new LinkedList<>();}public void push(int x) {instack.push(x);}public int pop() {  if(outstack.isEmpty()){in2out();}return outstack.pop();}public int peek() {if(outstack.isEmpty()){in2out();}return outstack.peek();}public boolean empty() {return instack.isEmpty()&&outstack.isEmpty();}public void in2out(){while(!instack.isEmpty()){outstack.push(instack.pop());}}
}

本题小结

（1）两个栈，主栈和辅栈，辅栈负责向外输出

（2）判空要两个栈都判断

以题中的案例为例，画出主辅栈的变化：

输入：
["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]

解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

上图

参考来源【1】leetcode 用队列实现栈官方解题

【2】leetcode 御三五【栈】用栈实现队列