栈和队列的手动实现+用栈实现队列+用队列实现栈

1、用数组结构实现大小固定的栈和队列

(1)栈：

public static class ArrayStack {
        private Integer[] arr;
        private Integer size;

        public ArrayStack(int initSize) {
            if (initSize < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("The init size is less than 0");
            }
            arr = new Integer[initSize];
            size = 0;
        }

        public Integer peek() {
            if (size == 0) {
                return null;
            }
            //返回栈顶元素但并不让元素出栈
            return arr[size - 1];
        }

        public void push(int obj) {
            if (size == arr.length) {
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is full");
            }
            arr[size++] = obj;
        }

        public Integer pop() {
            if (size == 0) {
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is empty");
            }
            return arr[--size];
        }
    }

(2)队列：

public static class ArrayQueue {
        private Integer[] arr;
        private Integer size;
        private Integer first;
        private Integer last;

        public ArrayQueue(int initSize) {
            if (initSize < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("The init size is less than 0");
            }
            arr = new Integer[initSize];
            size = 0;
            first = 0;
            last = 0;
        }

        public Integer peek() {
            if (size == 0) {
                return null;
            }
            return arr[first];
        }

        public void push(int obj) {
            if (size == arr.length) {
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is full");
            }
            size++;
            arr[last] = obj;
            last = last == arr.length - 1 ? 0 : last + 1;
        }

        public Integer poll() {
            if (size == 0) {
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("The queue is empty");
            }
            size--;
            int tmp = first;
            first = first == arr.length - 1 ? 0 : first + 1;
            return arr[tmp];
        }
    }

2、实现一个特殊的栈，在实现栈的基本功能的基础上，再实现返回栈中最小元素的操作。

【要求】

1．pop、push、getMin操作的时间复杂度都是O(1)。

2．设计的栈类型可以使用现成的栈结构。

 

【思路】

根据要求1，由栈先进后出的特性，我们可以判断一个栈是满足不了需求的，此时需使用两个栈，一个data栈存储数据，一个min栈存储最小元素。当需要返回栈中最小元素的操作时，将min栈栈顶元素返回即可。

 

【Code】

public static class MyStack1 {
        private Stack<Integer> stackData;
        private Stack<Integer> stackMin;

        public MyStack1() {
            this.stackData = new Stack<Integer>();
            this.stackMin = new Stack<Integer>();
        }

        public void push(int newNum) {
            if (this.stackMin.isEmpty()) {
                this.stackMin.push(newNum);
            } else if (newNum <= this.getmin()) {
                this.stackMin.push(newNum);
            }
            this.stackData.push(newNum);
        }

        public int pop() {
            if (this.stackData.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
            }
            int value = this.stackData.pop();
            if (value == this.getmin()) {
                this.stackMin.pop();
            }
            return value;
        }

        public int getmin() {
            if (this.stackMin.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
            }
            return this.stackMin.peek();
        }
    }

3、仅用队列结构实现栈结构

【思路】

　　使用两个队列，一个队列名为主队列，一个队列名为help的辅助队列，模拟进栈操作即入主队列，当需模拟出栈时，将主队列元素一一出队并入help队列，当出最后一个元素时将其返回，完成出栈操作，并将help队列名转化为主队列，原本的主队列此时已无元素，转换成help队列。

【Code】

public static class TwoQueuesStack {
        private Queue<Integer> queue;
        private Queue<Integer> help;

        public TwoQueuesStack() {
            queue = new LinkedList<Integer>();
            help = new LinkedList<Integer>();
        }

        public void push(int pushInt) {
            queue.add(pushInt);
        }

        public int peek() {
            if (queue.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("Stack is empty!");
            }
            while (queue.size() != 1) {
                help.add(queue.poll());
            }
            int res = queue.poll();
            help.add(res);
            swap();
            return res;
        }

        public int pop() {
            if (queue.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("Stack is empty!");
            }
            while (queue.size() != 1) {
                help.add(queue.poll());
            }
            int res = queue.poll();
            swap();
            return res;
        }

        private void swap() {
            Queue<Integer> tmp = help;
            help = queue;
            queue = tmp;
        }

    }

4、仅用栈结构实现队列

【思路】

　　与上述一样也需要两个栈，一个栈名为push栈，当入队列时需要用到；一个栈名为pop栈，当出队列时需要用到。当需要出队列时，先检查pop栈有无元素，如无则push栈将全部元素出栈并将出栈元素一一压入pop栈，此时返回pop栈顶元素，即为出队操作。

　　这里需注意两个规则，规则一：pop栈有内容时push栈不能往里倒元素。规则二：当pop栈无元素，push栈要往里倒元素时，需将元素一次性全部倒入。否则违背队列规则。

【Code】

public static class TwoStacksQueue {
        private Stack<Integer> stackPush;
        private Stack<Integer> stackPop;

        public TwoStacksQueue() {
            stackPush = new Stack<Integer>();
            stackPop = new Stack<Integer>();
        }

        public void push(int pushInt) {
            stackPush.push(pushInt);
        }

        public int poll() {
            if (stackPop.empty() && stackPush.empty()) {
                throw new RuntimeException("Queue is empty!");
            } else if (stackPop.empty()) {
                while (!stackPush.empty()) {
                    stackPop.push(stackPush.pop());
                }
            }
            return stackPop.pop();
        }

        public int peek() {
            if (stackPop.empty() && stackPush.empty()) {
                throw new RuntimeException("Queue is empty!");
            } else if (stackPop.empty()) {
                while (!stackPush.empty()) {
                    stackPop.push(stackPush.pop());
                }
            }
            return stackPop.peek();
        }
    }