Java面试题：栈和队列的实现

面试的时候，栈和队列经常会成对出现来考察。本文包含栈和队列的如下考试内容：（1）栈的创建（2）队列的创建（3）两个栈实现一个队列（4）两个队列实现一个栈（5）设计含最小函数min()的栈，要求min、push、pop、的时间复杂度都是O(1)（6）判断栈的push和pop序列是否一致

1、栈的创建：

我们接下来通过链表的形式来创建栈，方便扩充。代码实现：

public class Stack {    public Node head;    public Node current;    //方法：入栈操作
public void push(int data) {        if (head == null) {
head = new Node(data);
current = head;
} else {
Node node = new Node(data);
node.pre = current;//current结点将作为当前结点的前驱结点
current = node;  //让current结点永远指向新添加的那个结点
}
}    public Node pop() {        if (current == null) {            return null;
}

Node node = current; // current结点是我们要出栈的结点
current = current.pre;  //每出栈一个结点后，current后退一位
return node;

}    class Node {        int data;
Node pre;  //我们需要知道当前结点的前一个结点

public Node(int data) {            this.data = data;
}
}    public static void main(String[] args) {

Stack stack = new Stack();
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);

System.out.println(stack.pop().data);
System.out.println(stack.pop().data);
System.out.println(stack.pop().data);
}

}

入栈操作时，14、15行代码是关键。运行效果：

2、队列的创建：

队列的创建有两种形式：基于数组结构实现（顺序队列）、基于链表结构实现（链式队列）。我们接下来通过链表的形式来创建队列，这样的话，队列在扩充时会比较方便。队列在出队时，从头结点head开始。代码实现：入栈时，和在普通的链表中添加结点的操作是一样的；出队时，出的永远都是head结点。

public class Queue {    public Node head;    public Node curent;    //方法：链表中添加结点
public void add(int data) {        if (head == null) {
head = new Node(data);
curent = head;
} else {
curent.next = new Node(data);
curent = curent.next;
}
}    //方法：出队操作
public int pop() throws Exception {        if (head == null) {            throw new Exception("队列为空");
}

Node node = head;  //node结点就是我们要出队的结点
head = head.next; //出队之后，head指针向下移

return node.data;

}    class Node {        int data;
Node next;        public Node(int data) {            this.data = data;
}
}    public static void main(String[] args) throws Exception {
Queue queue = new Queue();        //入队操作
for (int i = 0; i < 5; i++) {
queue.add(i);
}        //出队操作
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());

}
}

运行效果：

3、两个栈实现一个队列：

思路：栈1用于存储元素，栈2用于弹出元素，负负得正。说的通俗一点，现在把数据1、2、3分别入栈一，然后从栈一中出来（3、2、1），放到栈二中，那么，从栈二中出来的数据（1、2、3）就符合队列的规律了，即负负得正。完整版代码实现：

import java.util.Stack;/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/public class Queue {    private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();//执行入队操作的栈
private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>();//执行出队操作的栈

//方法：给队列增加一个入队的操作
public void push(int data) {
stack1.push(data);

}    //方法：给队列正价一个出队的操作
public int pop() throws Exception {        if (stack2.empty()) {//stack1中的数据放到stack2之前，先要保证stack2里面是空的（要么一开始就是空的，要么是stack2中的数据出完了），不然出队的顺序会乱的，这一点很容易忘

while (!stack1.empty()) {
stack2.push(stack1.pop());//把stack1中的数据出栈，放到stack2中【核心代码】
}

}        if (stack2.empty()) { //stack2为空时，有两种可能：1、一开始，两个栈的数据都是空的；2、stack2中的数据出完了
throw new Exception("队列为空");
}        return stack2.pop();
}    public static void main(String[] args) throws Exception {
Queue queue = new Queue();        queue.push(1);        queue.push(2);        queue.push(3);

System.out.println(queue.pop());        queue.push(4);

System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());

}

}

注意第22行和第30行代码的顺序，以及注释，需要仔细理解其含义。运行效果：

4、两个队列实现一个栈：

思路：将1、2、3依次入队列一， 然后最上面的3留在队列一，将下面的2、3入队列二，将3出队列一，此时队列一空了，然后把队列二中的所有数据入队列一；将最上面的2留在队列一，将下面的3入队列二。。。依次循环。代码实现：

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Queue;/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/public class Stack {

Queue<Integer> queue1 = new ArrayDeque<Integer>();
Queue<Integer> queue2 = new ArrayDeque<Integer>();    //方法：入栈操作
public void push(int data) {
queue1.add(data);
}    //方法：出栈操作
public int pop() throws Exception {        int data;        if (queue1.size() == 0) {            throw new Exception("栈为空");
}        while (queue1.size() != 0) {            if (queue1.size() == 1) {
data = queue1.poll();                while (queue2.size() != 0) {  //把queue2中的全部数据放到队列一中
queue1.add(queue2.poll());                    return data;
}
}
queue2.add(queue1.poll());
}        throw new Exception("栈为空");//不知道这一行的代码是什么意思
}    public static void main(String[] args) throws Exception {
Stack stack = new Stack();        stack.push(1);        stack.push(2);        stack.push(3);

System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());        stack.push(4);
}
}

运行效果：

5、设计含最小函数min()的栈，要求min、push、pop、的时间复杂度都是O(1)。min方法的作用是：就能返回是栈中的最小值。【微信面试题】普通思路：一般情况下，我们可能会这么想：利用min变量，每次添加元素时，都和min元素作比较，这样的话，就能保证min存放的是最小值。但是这样的话，会存在一个问题：如果最小的元素出栈了，那怎么知道剩下的元素中哪个是最小的元素呢？改进思路：这里需要加一个辅助栈，用空间换取时间。辅助栈中，栈顶永远保存着当前栈中最小的数值。具体是这样的：原栈中，每次添加一个新元素时，就和辅助栈的栈顶元素相比较，如果新元素小，就把新元素的值放到辅助栈中，如果新元素大，就把辅助栈的栈顶元素再copy一遍放到辅助栈的栈顶；原栈中，出栈时，完整代码实现：

import java.util.Stack;/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/public class MinStack {    private Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();    private Stack<Integer> minStack = new Stack<Integer>(); //辅助栈：栈顶永远保存stack中当前的最小的元素

public void push(int data) {        stack.push(data);  //直接往栈中添加数据

//在辅助栈中需要做判断
if (minStack.size() == 0 || data < minStack.peek()) {
minStack.push(data);
} else {
minStack.add(minStack.peek());   //【核心代码】peek方法返回的是栈顶的元素
}
}    public int pop() throws Exception {        if (stack.size() == 0) {            throw new Exception("栈中为空");
}        int data = stack.pop();
minStack.pop();  //核心代码
return data;
}    public int min() throws Exception {        if (minStack.size() == 0) {            throw new Exception("栈中空了");
}        return minStack.peek();
}    public static void main(String[] args) throws Exception {
MinStack stack = new MinStack();        stack.push(4);        stack.push(3);        stack.push(5);

System.out.println(stack.min());
}
}

6、判断栈的push和pop序列是否一致：

通俗一点讲：已知一组数据1、2、3、4、5依次进栈，那么它的出栈方式有很多种，请判断一下给出的出栈方式是否是正确的？例如：数据：1、2、3、4、5出栈1：5、4、3、2、1（正确）出栈2：4、5、3、2、1（正确）出栈3：4、3、5、1、2（错误）完整版代码：

import java.util.Stack;/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/public class StackTest {    //方法：data1数组的顺序表示入栈的顺序。现在判断data2的这种出栈顺序是否正确
public static boolean sequenseIsPop(int[] data1, int[] data2) {
Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); //这里需要用到辅助栈

for (int i = 0, j = 0; i < data1.length; i++) {            stack.push(data1[i]);            while (stack.size() > 0 && stack.peek() == data2[j]) {                stack.pop();
j++;
}
}        return stack.size() == 0;
}    public static void main(String[] args) {

Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();        int[] data1 = {1, 2, 3, 4, 5};        int[] data2 = {4, 5, 3, 2, 1};        int[] data3 = {4, 5, 2, 3, 1};

System.out.println(sequenseIsPop(data1, data2));
System.out.println(sequenseIsPop(data1, data3));
}
}

代码比较简洁，但也比较难理解，要仔细体会。运行效果：