Java数据结构与算法之栈(Stack)实现详解

本篇是java数据结构与算法的第2篇，从本篇开始我们将来了解栈的设计与实现，以下是本篇的相关知识点：

栈的抽象数据类型顺序栈的设计与实现链式栈的设计与实现栈的应用

栈的抽象数据类型

  栈是一种用于存储数据的简单数据结构，有点类似链表或者顺序表（统称线性表），栈与线性表的最大区别是数据的存取的操作，我们可以这样认为栈(Stack)是一种特殊的线性表，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：

由图我们可看成栈只能从栈顶存取元素，同时先进入的元素反而是后出，而栈顶永远指向栈内最顶部的元素。到此可以给出栈的正式定义：栈(Stack)是一种有序特殊的线性表，只能在表的一端(称为栈顶，top，总是指向栈顶元素)执行插入和删除操作，最后插入的元素将第一个被删除，因此栈也称为后进先出(Last In First Out,LIFO)或先进后出(First In Last Out FILO)的线性表。栈的基本操作创建栈，判空，入栈，出栈，获取栈顶元素等，注意栈不支持对指定位置进行删除，插入，其接口Stack声明如下：

/*
* 栈接口抽象数据类型
*/
public interface Stack<T> {

 /**
 * 栈是否为空
 * @return
 */
 boolean isEmpty();

 /**
 * data元素入栈
 * @param data
 */
 void push(T data);

 /**
 * 返回栈顶元素,未出栈
 * @return
 */
 T peek();

 /**
 * 出栈,返回栈顶元素,同时从栈中移除该元素
 * @return
 */
 T pop();
}

顺序栈的设计与实现

  顺序栈，顾名思义就是采用顺序表实现的的栈，顺序栈的内部以顺序表为基础，实现对元素的存取操作，当然我们还可以采用内部数组实现顺序栈，在这里我们使用内部数据组来实现栈，至于以顺序表作为基础的栈实现，将以源码提供。这里先声明一个顺序栈其代码如下，实现Stack和Serializable接口：

/* 
* 顺序栈的实现
 */
public class SeqStack<T> implements Stack<T>,Serializable {

 private static final long serialVersionUID = -5413303117698554397L;

 /**
  * 栈顶指针,-1代表空栈
  */
 private int top=-1;

 /**
  * 容量大小默认为10
  */
 private int capacity=10;

 /**
  * 存放元素的数组
  */
 private T[] array;

 private int size;

 public SeqStack(int capacity){
  array = (T[]) new Object[capacity];
 }

 public SeqStack(){
  array= (T[]) new Object[this.capacity];
 }
 //.......省略其他代码
}

其获取栈顶元素值的peek操作过程如下图（未删除只获取值）：

以上是获取栈顶元素的操作，代码如下：

/**
 * 获取栈顶元素的值,不删除
 * @return
 */
 @Override
 public T peek() {
  if(isEmpty())
   new EmptyStackException();
  return array[top];
 }

从栈添加元素的过程如下（更新栈顶top指向）：

以上是入栈操作，代码如下：

/**
 * 添加元素,从栈顶(数组尾部)插入
 * 容量不足时，需要扩容
 * @param data
 */
@Override
public void push(T data) {
 //判断容量是否充足
 if(array.length==size)
  ensureCapacity(size*2+1);//扩容

 //从栈顶添加元素
 array[++top]=data;
 }

栈弹出栈顶元素的过程如下（删除并获取值）：

以上是出栈操作，代码如下：

/**
 * 从栈顶(顺序表尾部)删除
 * @return
 */
 @Override
 public T pop() {
  if(isEmpty())
   new EmptyStackException();
  size--;
  return array[top--];
 }

到此，顺序栈的主要操作已实现完，是不是发现很简单，确实如此，栈的主要操作就这样，当然我们也可以通过前一篇介绍的MyArrayList作为基础来实现顺序栈，这个也比较简单，后面也会提供带代码，这里就不过多啰嗦了。下面给出顺序栈的整体实现代码：

import java.io.Serializable;
import java.util.EmptyStackException;

/*
 * 顺序栈的实现
 */
public class SeqStack<T> implements Stack<T>,Serializable {

 private static final long serialVersionUID = -5413303117698554397L;

 /**
  * 栈顶指针,-1代表空栈
  */
 private int top=-1;

 /**
  * 容量大小默认为10
  */
 private int capacity=10;

 /**
  * 存放元素的数组
  */
 private T[] array;

 private int size;

 public SeqStack(int capacity){
  array = (T[]) new Object[capacity];
 }

 public SeqStack(){
  array= (T[]) new Object[this.capacity];
 }

 public int size(){
  return size;
 }


 @Override
 public boolean isEmpty() {
  return this.top==-1;
 }

 /**
  * 添加元素,从栈顶(数组尾部)插入
  * @param data
  */
 @Override
 public void push(T data) {
  //判断容量是否充足
  if(array.length==size)
   ensureCapacity(size*2+1);//扩容

  //从栈顶添加元素
  array[++top]=data;

  size++;
 }

 /**
  * 获取栈顶元素的值,不删除
  * @return
  */
 @Override
 public T peek() {
  if(isEmpty())
   new EmptyStackException();
  return array[top];
 }

 /**
  * 从栈顶(顺序表尾部)删除
  * @return
  */
 @Override
 public T pop() {
  if(isEmpty())
   new EmptyStackException();
  size--;
  return array[top--];
 }

 /**
  * 扩容的方法
  * @param capacity
  */
 public void ensureCapacity(int capacity) {
  //如果需要拓展的容量比现在数组的容量还小,则无需扩容
  if (capacity<size)
   return;

  T[] old = array;
  array = (T[]) new Object[capacity];
  //复制元素
  for (int i=0; i<size ; i++)
   array[i]=old[i];
 }

 public static void main(String[] args){
  SeqStack<String> s=new SeqStack<>();
  s.push("A");
  s.push("B");
  s.push("C");
  System.out.println("size->"+s.size());
  int l=s.size();//size 在减少,必须先记录
  for (int i=0;i<l;i++){
   System.out.println("s.pop->"+s.pop());
  }

  System.out.println("s.peek->"+s.peek());
 }
}

链式栈的设计与实现

  了解完顺序栈，我们接着来看看链式栈，所谓的链式栈（Linked Stack），就是采用链式存储结构的栈，由于我们操作的是栈顶一端，因此这里采用单链表（不带头结点）作为基础，直接实现栈的添加，获取，删除等主要操作即可。其操作过程如下图：

从图可以看出，无论是插入还是删除直接操作的是链表头部也就是栈顶元素，因此我们只需要使用不带头结点的单链表即可。代码实现如下，比较简单，不过多分析了：

import com.zejian.structures.LinkedList.singleLinked.Node;

import java.io.Serializable;

/*
 * 栈的链式实现
 */
public class LinkedStack<T> implements Stack<T> ,Serializable{

 private static final long serialVersionUID = 1911829302658328353L;

 private Node<T> top;

 private int size;

 public LinkedStack(){
  this.top=new Node<>();
 }

 public int size(){
  return size;
 }


 @Override
 public boolean isEmpty() {
  return top==null || top.data==null;
 }

 @Override
 public void push(T data) {
  if (data==null){
   throw new StackException("data can\'t be null");
  }
  if(this.top==null){//调用pop()后top可能为null
   this.top=new Node<>(data);
  }else if(this.top.data==null){
   this.top.data=data;
  }else {
   Node<T> p=new Node<>(data,this.top);
   top=p;//更新栈顶
  }
  size++;
 }

 @Override
 public T peek() {
  if(isEmpty()){
   throw new EmptyStackException("Stack empty");
  }

  return top.data;
 }

 @Override
 public T pop() {
  if(isEmpty()){
   throw new EmptyStackException("Stack empty");
  }

  T data=top.data;
  top=top.next;
  size--;
  return data;
 }
 //测试
 public static void main(String[] args){
  LinkedStack<String> sl=new LinkedStack<>();
  sl.push("A");
  sl.push("B");
  sl.push("C");
  int length=sl.size();
  for (int i = 0; i < length; i++) {
   System.out.println("sl.pop->"+sl.pop());
  }
 }
}

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。

# Java  # 数据结构  # 算法  # 栈  # Java数据结构与算法之栈(动力节点Java学院整理)  # java数据结构关于栈的实例应用  # Java数据结构之栈与队列实例详解  # java数据结构之栈的详解  # java数据结构基础:栈  # 带你了解Java数据结构和算法之栈  # 链式  # 是一种  # 线性表  # 的是  # 链表  # 如下图  # 到此  # 来实现  # 为空  # 操作过程  # 默认为  # 在这里  # 也会  # 还可以  # 第一个  # 就不  # 没有任何  # 我们可以  # 可以通过 

相关文章： 制作网站怎么制作,*游戏网站怎么搭建？  如何在Windows环境下新建FTP站点并设置权限？  武汉网站如何制作,黄黄高铁武穴北站途经哪些村庄？  建站之星各版本价格是多少？  MySQL查询结果复制到新表的方法(更新、插入)  如何通过wdcp面板快速创建网站？  创业网站制作流程,创业网站可靠吗？  网站好制作吗知乎,网站开发好学吗？有什么技巧？  如何在IIS7中新建站点？详细步骤解析  成都响应式网站开发,dw怎么把手机适应页面变成网页？  logo在线制作免费网站在线制作好吗,DW网页制作时，如何在网页标题前加上logo？  如何确保西部建站助手FTP传输的安全性？  沈阳制作网站公司排名,沈阳装饰协会官方网站？  移动端手机网站制作软件,掌上时代，移动端网站的谷歌SEO该如何做？  定制建站策划方案_专业建站与网站建设方案一站式指南  手机网站制作与建设方案,手机网站如何建设？  无锡营销型网站制作公司,无锡网选车牌流程？  建站之星伪静态规则如何正确配置？  ,购物网站怎么盈利呢？  如何用PHP快速搭建高效网站？分步指南  制作旅游网站html,怎样注册旅游网站？  香港服务器WordPress建站指南：SEO优化与高效部署策略  清单制作人网站有哪些,近日“兴风作浪的姑奶奶”引起很多人的关注这是什么事情？  如何自定义建站之星模板颜色并下载新样式？  网站制作公司广州有几家,广州尚艺美发学校网站是多少？  如何选择高性价比服务器搭建个人网站？  在线制作视频的网站有哪些,电脑如何制作视频短片？  企业在线网站设计制作流程,想建设一个属于自己的企业网站，该如何去做？  北京营销型网站制作公司,可以用python做一个营销推广网站吗？  在线制作视频网站免费,都有哪些好的动漫网站？  小捣蛋自助建站系统：数据分析与安全设置双核驱动网站优化  如何在IIS管理器中快速创建并配置网站？  如何通过远程VPS快速搭建个人网站？  建站之星在线客服如何快速接入解答？  C#怎么创建控制台应用 C# Console App项目创建方法  深圳 网站制作,深圳招聘网站哪个比较好一点啊？  简历在线制作网站免费版,如何创建个人简历？  如何选购建站域名与空间？自助平台全解析  实惠建站价格推荐：2025年高性价比自助建站套餐解析  如何自己制作一个网站链接,如何制作一个企业网站，建设网站的基本步骤有哪些？  网站制作软件免费下载安装,有哪些免费下载的软件网站？  如何在Mac上搭建Golang开发环境_使用Homebrew安装和管理Go版本  深圳网站制作公司好吗,在深圳找工作哪个网站最好啊？  如何用西部建站助手快速创建专业网站？  网站设计制作企业有哪些,抖音官网主页怎么设置？  建站之星如何实现网站加密操作？  大型企业网站制作流程,做网站需要注册公司吗？  Swift中switch语句区间和元组模式匹配  Python多线程使用规范_线程安全解析【教程】  ,石家庄四十八中学官网？