隊列實現棧的3種方法，全都擊敗了100%的用戶！
本文轉載自微信公眾號「Java中文社群」，作者磊哥。轉載本文請聯系Java中文社群公眾號。
今天我們要講的是「用隊列實現棧」，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隊列到棧的“轉變”。
老規矩，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)的數據結構，常見方法如下：
- push()：入棧方法，向棧頂添加元素;
- pop()：出棧方法，將棧頂的元素移除并返回元素;
- peek()：查詢棧頂元素，并不會移除元素。
隊列是先進先出(FIFO)的數據結構，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。
知道了這些基礎內容之后，就來看今天的問題吧。
題目描述使用隊列實現棧的下列操作：
- 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此功能，具體實現方法和代碼如下。
實現方法 1：兩個隊列實現棧
之前我們用兩個棧實現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一個棧，但這里的實現思路和用棧實現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」，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，從而實現后進先出功能的，具體的實現步驟如下。
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，通過兩個隊列已經實現了后進先出的特性，也就是完成了從隊列到棧的轉換，實現代碼如下：
- 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，執行結果如下：
此方法很穩，竟然擊敗了 100% 的用戶。
實現方法 2：一個隊列實現棧
那我們可以不可以用一個隊列來實現棧呢?答案是肯定的。
我們只需要執行以下兩個步驟就可以實現將隊列轉換為棧了，具體實現步驟如下：
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
執行出隊操作：
最終效果
以上思路的實現代碼如下：
- 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）
- 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
我們把以上代碼在 LeetCode 中提交，執行結果如下：
此方法依舊很穩，也是同樣的擊敗了 100% 的用戶，只不過此方法在內存方面有更好的表現。
實現方法 3：雙端隊列實現棧
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方法，我們可以使用 Java 中的雙端隊列 ArrayDeque 來實現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，從而就實現了棧的功能了。
雙端隊列結構如下：
我們來演示一下用雙端隊列實現棧的具體步驟。
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，執行結果如下：
總結
本文我們用 3 種方法實現了將隊列轉換為棧，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，從而實現了棧的功能。
