菜鸟系列之C/C++经典试题(三)

设计包括min函数的栈

题目：定义栈的数据结构，要求加入一个min函数，可以得到栈的最小元素。要求函数min、push以及pop的时间复杂度都是O(1)。

分析：这是2006年google的一道面试题。

我看到这道题目时，第一反应就是每次push一个新元素时，将栈里全部逆序元素排序。

这样栈顶元素将是最小元素。但因为不能保证最后push进栈的元素最先出栈，这样的思路设计的数据结构已经不是一个栈了。

在栈里加入一个成员变量存放最小元素（或最小元素的位置）。每次push一个新元素进栈的时候，假设该元素比当前的最小元素还要小，则更新最小元素。

乍一看这样思路挺好的。但细致一想，该思路存在一个重要的问题：假设当前最小元素被pop出去，怎样才干得到下一个最小元素？

因此只只加入一个成员变量存放最小元素（或最小元素的位置）是不够的。我们须要一个辅助栈。每次push一个新元素的时候，同一时候将最小元素（或最小元素的位置。考虑到栈元素的类型可能是复杂的数据结构，用最小元素的位置将能降低空间消耗）push到辅助栈中；每次pop一个元素出栈的时候。同一时候pop辅助栈。

參考代码：

#include <deque>
#include <assert.h>

template <typename T> class CStackWithMin
{
public:
    CStackWithMin(void) {}
    virtual ~CStackWithMin(void) {}

    T& top(void);
    const T& top(void) const;

    void push(const T& value);
    void pop(void);

    const T& min(void) const;

private:
    T > m_data;               // the elements of stack
    size_t > m_minIndex;      // the indices of minimum elements
};

// get the last element of mutable stack
template <typename T> T& CStackWithMin<T>::top()
{
    return m_data.back();
}

// get the last element of non-mutable stack
template <typename T> const T& CStackWithMin<T>::top() const
{
    return m_data.back();
}

// insert an elment at the end of stack
template <typename T> void CStackWithMin<T>::push(const T& value)
{
    // append the data into the end of m_data
    m_data.push_back(value);

    // set the index of minimum elment in m_data at the end of m_minIndex
    if (m_minIndex.size() == 0)
        m_minIndex.push_back(0);
    else
    {
        if (value < m_data[m_minIndex.back()])
            m_minIndex.push_back(m_data.size() - 1);
        else
            m_minIndex.push_back(m_minIndex.back());
    }
}

// erease the element at the end of stack
template <typename T> void CStackWithMin<T>::pop()
{
    // pop m_data
    m_data.pop_back();

    // pop m_minIndex
    m_minIndex.pop_back();
}

// get the minimum element of stack
template <typename T> const T& CStackWithMin<T>::min() const
{
    assert(m_data.size() > 0);
    assert(m_minIndex.size() > 0);

    return m_data[m_minIndex.back()];
}

  步骤             数据栈            辅助栈               最小值
1.push 3           3                                 0                       3
2.push 4           3,4                             0,0           3
3.push 2           3,4,2                         0,0,2                2
4.push 1           3,4,2,1                               0,0,2,3            1
5.pop                3,4,2                         0,0,2                2
6.pop                3,4                             0,0           3
7.push 0           3,4,0                         0,0,2        0

讨论：假设思路正确。编写上述代码不是一件非常难的事情。但假设能注意一些细节无疑能在面试中加分。

比方我在上面的代码中做了例如以下的工作：

·         用模板类实现。假设别人的元素类型仅仅是int类型。模板将能给面试官带来好印象。

·         两个版本号的top函数。在非常多类中。都须要提供const和非const版本号的成员訪问函数；

·         min函数中assert。把代码写的尽量安全是每一个软件公司对程序猿的要求；

·         加入一些凝视。凝视既能提高代码的可读性，又能添加代码量，何乐而不为？

总之，在面试时假设时间同意。尽量把代码写的美丽一些。说不定代码中的几个小亮点就能让自己轻松拿到心仪的Offer。

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