如何基于数组(或者链表)实现栈

一.特征

栈底层实现仍然是链表或者顺序表,栈与线性表的最大区别是数据的存取的操作被限制了,其插入和删除操作只允许在线性表的一端进行。一般而言,把允许操作的一端称为栈顶(Top),不可操作的一端称为栈底(Bottom),同时把插入元素的操作称为入栈(Push),删除元素的操作称为出栈(Pop)。若栈中没有任何元素,则称为空栈,栈的结构如下图:

image

二.常用操作

栈的常用操作主要有:
●push(E):增加一个元素E
●pop():弹出元素E
●peek():显示栈顶元素,但是不出栈
●empty():判断栈是否为空

练习

对栈的理解:入栈顺序为1234,所有可能的出栈序列是什么?

4个元素的全排列共有24种,栈要求符合后进先出,按此衡量排除后即得:
1234√ 1243√ 1324√ 1342√ 1423× 1432√
2134√ 2143√ 2314√ 2341√ 2413× 2431√
3124× 3142× 3214√ 3241√ 3412× 3421√
4123× 4132× 4213× 4231× 4312× 4321√
14种可能,10种不可能,如上所示。

示例

public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack = new Stack();
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        System.out.println("栈顶元素为:" + stack.peek());
        while (!stack.empty()) {
            //只显示没出栈
            System.out.println(stack.peek());
            //出栈并且显示
            System.out.println(stack.pop());
        }
    }
}

三.栈的实现

如果实现栈,可以有数组、链表和java提供的LinkedList三种基本方式

图解

image-20230928000635378

1.数组实现

import java.util.Arrays;
class Mystack<T> {
    //实现栈的数组
    private Object[] stack;
    //栈顶元素
    private int top;

    Mystack() {
        //初始容量为10
        stack = new Object[10];
    }

    //判断是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return top == 0;
    }

    //返回栈顶元素
    public T peek() {
        T t = null;
        if (top > 0)
            t = (T) stack[top - 1];
        return t;
    }

    public void push(T t) {
        expandCapacity(top + 1);
        stack[top] = t;
        top++;
    }

    //出栈
    public T pop() {
        T t = peek();
        if (top > 0) {
            stack[top - 1] = null;
            top--;
        }
        return t;
    }

    //扩大容量
    public void expandCapacity(int size) {
        int len = stack.length;
        if (size > len) {
            size = size * 3 / 2 + 1;//每次扩大50%
            stack = Arrays.copyOf(stack, size);
        }
    }
}

测试类

public static void main(String[] args) {
 Mystack<String> stack = new Mystack<>();
 System.out.println(stack.peek());
 System.out.println(stack.isEmpty());
 stack.push("java");
 stack.push("is");
 stack.push("beautiful");
 stack.push("language");
 System.out.println(stack.pop());
 System.out.println(stack.isEmpty());
 System.out.println(stack.peek());
}

2.链表实现

链表也可以实现栈,插入和删除都在头结点进行就可以了。

image (17)

class ListStack<T> {
    //定义链表
    class Node<T> {
        public T t;
        public Node next;
    }
    public Node<T> head;
    //构造函数初始化头指针
    ListStack() {
        head = null;
    }
    //入栈
    public void push(T t) {
        if (t == null) {
            throw new NullPointerException("参数不能为空");
        }
        if (head == null) {
            head = new Node<T>();
            head.t = t;
            head.next = null;
        } else {
            Node<T> temp = head;
            head = new Node<>();
            head.t = t;
            head.next = temp;
        }
    }
    //出栈
    public T pop() {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        T t = head.t;
        head = head.next;
        return t;
    }

    //取栈顶元素
    public T peek() {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        T t = head.t;
        return t;
    }

    //栈空
    public boolean isEmpty() {
        if (head == null)
            return true;
        else
            return false;
    }
}

写一个测试类:

public static void main(String[] args) {
    ListStack stack = new ListStack();
    System.out.println(stack.isEmpty());
    stack.push("Java");
    stack.push("is");
    stack.push("beautiful");
    System.out.println(stack.peek());
    System.out.println(stack.pop());
    System.out.println(stack.isEmpty());
}