C语言之包含min函数的栈实例详解
时间：2023-01-18 11:00:52 | 栏目：C代码 | 点击：次
一、题目描述
定义栈的数据结构，请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的 min 函数在该栈中，调用 min、push 及 pop 的时间复杂度都是 O ( 1 ) \rm{O(1)} O(1)。
示例：
MinStack minStack = new MinStack(); minStack.push(-2); minStack.push(0); minStack.push(-3); minStack.min(); --> 返回-3. minStack.pop(); minStack.top(); --> 返回 0. minStack.min(); --> 返回-2.
提示：各函数的调用总次数不超过 20000 次
二、思路分析
注：思路分析中的一些内容和图片参考自力扣各位前辈的题解，感谢他们的无私奉献
分析
普通栈的push()和pop()函数的复杂度为O(1)，而获取栈最小值min()函数需要遍历整个栈，复杂度为O(N)。
本题需要将min()函数复杂度降为O(1)，则可通过建立辅助栈实现。栈1用于存储所有元素，入栈 push() 函数、出栈 pop() 函数、获取栈顶 top() 函数保持正常。栈2的栈顶始终放着栈1的最小元素，这样就可以实现min()函数的O(1)复杂度。
函数设计
push(x) 函数
①栈1正常进行入栈即可
②栈2则需要注意，栈2的栈顶一定是栈1的最小元素。每次入栈时，判断栈2是否为空。若为空，则将x压入栈2。若栈2不为空，判断x与栈2的栈顶元素的大小关系，若x≤栈2的栈顶元素，则将x压入栈2。
pop()函数
①栈1正常进行出栈即可
②栈2则需要注意，栈1出栈1个元素后，栈2的栈顶元素仍然要为栈1的最小元素。每次出栈时，将出栈元素标记为y，若y等于栈2的栈顶元素，则栈2也执行出栈
top() 函数
直接返回栈1的栈顶元素即可
min() 函数
直接返回栈2的栈顶元素即可
示例：
三、整体代码
整体代码如下
#define N 20000
//创建两个栈，栈1用于正常的入栈出栈操作，栈2用于将栈1的最小元素防在栈顶
typedef struct {
int *Stack1;
int *Stack2;
int top1;
int top2;
} MinStack;
/** initialize your data structure here. */
MinStack* minStackCreate() {
MinStack* MS=(MinStack*)malloc(sizeof(MinStack));
MS->Stack1 = (int*)malloc(sizeof(int)*N);
MS->Stack2 = (int*)malloc(sizeof(int)*N);
MS->top1 = -1;
MS->top2 = -1;
return MS;
}
void minStackPush(MinStack* obj, int x) {
obj->Stack1[++obj->top1] = x; //栈1正常入栈
if(obj->top2 == -1){ //如果栈2是空的
obj->Stack2[++obj->top2] = x; //将x也压入栈2
}
else{
//如果栈2不空，同时x<=栈2的栈顶元素
if(x <= obj->Stack2[obj->top2]){
//将x压入栈2的栈顶
obj->Stack2[++obj->top2] = x;
}
}
}
void minStackPop(MinStack* obj) {
//保存栈1的栈顶元素，同时top1-1
int a = obj->Stack1[obj->top1];
obj->top1--;
//如果栈1的栈顶元素等于栈2的栈顶元素，则将栈2的栈顶元素弹出，top2-1
if(a==obj->Stack2[obj->top2]){
obj->top2--;
}
}
//正常返回栈1的栈顶元素即可
int minStackTop(MinStack* obj) {
return obj->Stack1[obj->top1];
}
//正常返回栈2的栈顶元素即可
int minStackMin(MinStack* obj) {
return obj->Stack2[obj->top2];
}
void minStackFree(MinStack* obj) {
free(obj->Stack1);
free(obj->Stack2);
free(obj);
}
/**
* Your MinStack struct will be instantiated and called as such:
* MinStack* obj = minStackCreate();
* minStackPush(obj, x);
* minStackPop(obj);
* int param_3 = minStackTop(obj);
* int param_4 = minStackMin(obj);
* minStackFree(obj);
*/
运行，验证通过
