C++面试笔记--循环链表，队列，栈，堆

之前已经学会了单链表的建立删除插入转置以及一些普通操作，双链表和单链表差不多，就是多了一个前驱指针，在许多操作中很方便，但是加了一个指针开销应该会大一些，总体上影响不大，这里开始讨论循环链表以及其他的一些数据结构。

1、已知n个人（以编号1，2，3，...，n分别表示）围坐在一张圆桌周围，从编号为k的人开始报数，数到m的那个人出列，他的下一个人又从k开始报数，数到m的那个人出列，依次重复下去，直到圆桌的人全部出列。试用C++编写实现。

解析：本题就是约瑟夫环问题的实际场景，要通过输入n、m、k三个正整数，求出列的序列。这个问题采用的是典型的循环链表的数据结构，就是将一个链表的尾元素指针指向队首元素：

p->link=head;

解决问题的核心步骤如下：

（1）建立一个具有n个链节点、无头节点的循环链表。

（2）确定第一个报数人的位置。

（3）不断的从链表中删除链节点，直到链表为空。

答案：

 1 #include<iostream>
 2 using namespace std;
 3 typedef struct LNode
 4 {
 5     int data;
 6     struct LNode *link;
 7 }LNode,*LinkList;
 8 //n为总人数，k为第一个开始报数的人，m为出列者喊到的数
 9 void JOSEPHUS(int n,int k,int m)
10 {
11     //p为当前节点，r为辅助节点，指向p的前驱节点，list为头节点    LinkList p,r,list,curr;
12 
13     //简历循环链表    p=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
14     p->data=1;  
15     p->link=p;
16     curr=p;
17     for(int i=2;i<=n;i++)
18     {
19         LinkList t=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
20         t->data=i;
21         t->link=curr->link;
22         curr->link=t;
23         curr=t;
24     }
25     //把当前指针移动到第一个报数的人
26     r=curr;
27     while(k--)
28         r=p,p=p->link;
29     while(n--)
30     {
31         for(int s=m-1;s--;r=p,p=p->link);
32         r->link=p->link;
33         printf("%d->",p->data);
34         free(p);
35         p=r->link;
36     }
37 }

View Code

2、编程实现队列的入队/出队操作。

答案：

 1 #include<iostream>
 2 #include<string>
 3 using namespace std;
 4 
 5 const int MaxQueueSize=100;
 6 class Queue{
 7 private:
 8     int front; //指向头结点
 9     int rear; //指向最后一个元素的下一结点
10     //int *base;//用于动态分配内存,pBase保存数组的首地址
11     int queues[MaxQueueSize];
12 public:
13     Queue;
14     ~Queue;
15     bool isEmpty;
16     bool isFull;
17     void enQueue(const int &item);
18     int outQueue(void);
19 };
20 Queue::Queue{
21     front=0;
22     rear=0;
23 }
24 Queue::~Queue{
25     front=0;
26     rear=0;
27 }
28 void Queue::enQueue(const int &item){
29     if(!isFull){
30         queues[rear]=item;
31         rear++;
32     }
33     else
34         cout<<"队列已满！！"<<endl;
35 }
36 int Queue::outQueue(void){
37     if(!isEmpty){
38         int value=queues[front];
39         return value;
40         front++;
41     }
42     else
43         cout<<"队列已空！！"<<endl;
44 }
45 bool Queue::isEmpty{
46     if(rear==front)
47         return true;
48     else
49         return false;
50 }
51 bool Queue::isFull{
52     return rear > MaxQueueSize?true:false;
53 }

View Code

3、用两个栈实现一个队列的功能，请用C++实现。

解析：思路如下：

假设两个栈A和B，且都为空。

可以认为栈A提供入队列的功能，栈B提供出队列的功能。

入队列：入栈A。

出队列：

（1）如果栈B不为空，直接弹出栈B的数据。

（2）如果栈B为空，则依次弹出栈A的数据，放入栈B中，再弹出栈B的数据。

答案：

 1 #include<iostream>
 2 #include<cstdio>
 3 #include<stdlib.h>
 4 #include<stack>
 5 using namespace std;
 6 /*
 7         思路：1.从头到尾遍历一遍链表，利用for循环进行遍历把遍历的数据存入到栈中
 8  2.利用栈的数据结构进行输出，递归的输出
 9 */
10 typedef struct ListNode{//链表的结构
11     int m_nKey;
12     ListNode *m_pNext;
13 }node;
14 
15         //利用栈进行输出
16 int printlianbiao(ListNode *pHead){//
17     std::stack<ListNode*> nodes;//构造一个储存泛型的栈，存储的是链表数据
18     ListNode* pNode=pHead;
19     while(pNode!=NULL){
20         nodes.push(pNode);//进栈
21         pNode=pNode->m_pNext;//一个节点的后继
22     }
23     //从栈中输出这些数据
24     while(!nodes.empty){
25         pNode=nodes.top;//头指针指向栈顶
26         cout<<pNode->m_nKey<<endl;;//输出栈顶的值
27         nodes.pop;//出站
28     }
29 }
30         //利用递归进行输出
31         /*      1.递归的输出链表中的数
32  2.递归的先输出前面的数
33         */
34 int printdigui(ListNode *pHead){
35     if(pHead!=NULL){
36         if(pHead->m_pNext!=NULL){
37 printdigui(pHead->m_pNext);
38         }
39         cout<<pHead->m_nKey<<endl;
40     }
41 }
42 node *creat{//创建链表
43     node *head,*p,*s;
44     head=(node *)malloc(sizeof(node));//申请动态内存
45     p=head;
46     int x,cycle=1;
47     while(cycle){
48 //        cout<<"请输入数据"<<endl;
49         cin>>x;
50         if(x!=-1){
51 s=(node *)malloc(sizeof(node));//为S申请动态内存
52 s->m_nKey=x;
53 p->m_pNext=s;//头指针指向第一个刚刚输入的数据
54 p=s;//头指针移动一位
55         }
56         else
57 cycle=0;
58     }
59     head=head->m_pNext;//头指针指向下一位
60     p->m_pNext=NULL;
61     return head;
62 }
63 int main{
64     node *pHead=creat;
65     cout<<"利用栈进行输出"<<endl;
66     printlianbiao(pHead);
67     cout<<"利用递归进行输出"<<endl;
68     printdigui(pHead);
69 
70 }

View Code

4、请讲诉heap和stack的差别。

解析：在进行C/C++编程时，需要程序员对内存的了解比较精准。经常需要操作的内存可分为以下几个类别：

（1）栈区（stack）：由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值、局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

（2）堆区（heap）：一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表

（3）全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

（4）文字常量区：常量字符串就是放在这里的，程序结束后由系统释放。

（5）程序代码区：存放函数体的二进制代码。

答案：

（1）stack的空间由操作系统自动分配/释放，heap上的空间手动分配/释放。

（2）stack空间有限，heap是很大的自由存储区。

（3）C中的malloc函数分配内存空间即在堆上，C++中对应的是new操作符。

（4）程序在编译期对变量和函数分配内存都在栈上进行，且程序运行过程中函数调用时参数的传递也在栈上进行。