栈
- 栈基本概念
- 栈的顺序存储
- 栈的链式存储
栈基本概念
- 栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。栈的操作原则为"后进先出"(LIFO)
- 往栈中添加元素的操作，一般叫做 push，入栈。
- 从栈中移除元素的操作，一般叫做 pop，出栈（只能移除栈顶元素，也叫做：弹出栈顶元素）
- 栈的内部实现可以用以前学过的动态数组和链表实现。其实有了前面的学习，栈的实现很简单。首先我们先设计一个Stack接口，里面写一些通用的操作，供其他类实现。
public interface Stack<E> {
/**
*
* @return 返回栈中数据的个数
*/
int getSize();
/**
*
* @return 判断栈是否为空
*/
boolean isEmpty();
/**
* 插入新元素到栈顶
*/
void push(E e);
/**
*
* @return 删除栈顶元素
*/
E pop();
/**
*
* @return 返回栈顶元素
*/
E peek();
}栈的顺序存储
栈的顺序存储结构使用前面学到的数组实现，此时的栈也被称为顺序栈。
其中动态数组的代码如下：
public class Array<E> {
private E[] data;
private int size;
/**
* 构造函数
*
* @param capacity 数组的容量
*/
public Array(int capacity) {
data = (E[]) new Object[capacity];
size = 0;
}
/**
* 无参构造器
*/
public Array() {
this(10);
}
/**
* @return 获取数组的容量
*/
public int getCapacity() {
return data.length;
}
/**
* @return 获取数组中元素的个数
*/
public int getSize() {
return size;
}
/**
* @return 判断数组是否为空
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* @param index 插入数组的位置
* @param e 传入数组的值
*/
public void add(int index, E e) {
if (index < 0 && index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
}
if (size == data.length) {
resize(2 * data.length);
}
for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = e;
size++;
}
/**
* @param e 在所有元素后添加元素
*/
public void addLast(E e) {
add(size, e);
}
/**
* @param e 在所有元素前插入元素
*/
public void addFirst(E e) {
add(0, e);
}
/**
* @return 返回index处的元素
*/
public E get(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
}
return data[index];
}
/**
*
* @return 返回数组第一个元素
*/
public E getFirst(){
return get(0);
}
/**
*
* @return 返回数组最后一个元素
*/
public E getLast(){
return get(size-1);
}
/**
* 修改index处的元素为e
*/
public void set(int index, E e) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
}
data[index] = e;
}
/**
* 判断数组中是否包含某元素
*/
public boolean contains(E e) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (data[i].equals(e)) {
return true;
}
}
return false;
}
/**
* 查找元素的索引，如果不存在，则返回-1
*/
public int find(E e) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (data[i].equals(e)) {
return i;
}
}
return -1;
}
/**
* 从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
*/
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
}
E delNum = data[index];
for (int i = index + 1; i < size; i++) {
data[i - 1] = data[i];
}
size--;
data[size] = null;
if (size == data.length / 4 && data.length != 0) {//复杂度震荡
resize(data.length / 2);
}
return delNum;
}
/**
* 刪除第一个元素
*/
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
/**
* 刪除最后一个元素
*/
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
/**
* 从数组中删除元素e
*/
public void removeElement(E e) {
int index = find(e);
if (index != -1) {
remove(index);
}
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append("[");
for (int i = 0; i < size; i++) {
res.append(data[i]);
if (i != size - 1) {
res.append(",");
}
}
res.append("]");
return res.toString();
}
/**
* @param newCapacity 将数组空间的容量变成newCapacity大小
*/
private void resize(int newCapacity) {
E[] newDate = (E[]) new Object[newCapacity];
for (int i = 0; i < size; i++) {
newDate[i] = data[i];
}
data = newDate;
}
}顺序栈的具体代码如下：
public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {
private Array<E> array;
public ArrayStack(int capacity) {
array = new Array<>(capacity);
}
public ArrayStack() {
array = new Array<>();
}
@Override
public int getSize() {
return array.getSize();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return array.isEmpty();
}
@Override
public void push(E e) {
array.addLast(e);
}
@Override
public E pop() {
return array.removeLast();
}
@Override
public E peek() {
return array.getLast();
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append("Stack: ").append('[');
for (int i = 0; i < array.getSize(); i++) {
res.append(array.get(i));
if (i != array.getSize() - 1) {
res.append(", ");
}
}
res.append("] top");
return res.toString();
}
}栈的链式存储
栈的链式存储结构也就是用链表存储栈中数据元素，此时的栈称为链栈。
链表的具体实现代码如下:
public class LinkedList<E> {
private class Node {
public E e;
public Node next;
public Node(E e, Node next) {
this.e = e;
this.next = next;
}
public Node(E e) {
this.e = e;
}
public Node() {
}
@Override
public String toString() {
return e.toString();
}
}
//设立一个虚拟头结点，放在第一元素的结点之前
private Node dummyHead;
private int size;
public LinkedList() {
dummyHead = new Node();
size = 0;
}
//获取链表中的元素
public int getSize() {
return size;
}
//返回链表是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//在鏈表的index（0-based）位置添加新的元素e
public void add(int index, E e) {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index");
}
Node prev = dummyHead;
for (int i = 0; i < index; i++) {
prev = prev.next;
}
Node node = new Node(e);
node.next = prev.next;
prev.next = node;
size++;
}
//在链表表头添加新的元素
public void addFirst(E e) {
add(0, e);
}
//在链表末尾添加新的元素e
public void addLast(E e) {
add(size, e);
}
//获取链表的第index位置的元素
public E get(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index.");
Node cur = dummyHead.next;
for (int i = 0; i < index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur.e;
}
//获取链表的第一个元素
public E getFirst() {
return get(0);
}
//获取链表的最后一个元素
public E getLast() {
return get(size - 1);
}
//修改链表中的第index个位置的元素
public void set(int index, E e) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Illegal index.");
Node cur = dummyHead.next;
for (int i = 0; i < index; i++) {
cur = cur.next;
}
cur.e = e;
}
//查看链表中是否含有某元素
public boolean contains(E e) {
Node cur = dummyHead.next;
while (cur != null) {
if (cur.e.equals(e)) {
return true;
}
cur = cur.next;
}
return false;
}
//从链表中删除某元素，返回删除的元素
public E remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
Node prev = this.dummyHead;
for (int i = 0; i < index; i++) {
prev = prev.next;
}
Node delNode = prev.next;
prev.next = delNode.next;
delNode.next = null;
size--;
return delNode.e;
}
// 从链表中删除第一个元素, 返回删除的元素
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
// 从链表中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public E removeLast() {
return remove(size - 1);
}
//从链表中删除某元素
public void removeElement(E e) {
Node prev = this.dummyHead;
while (prev.next != null) {
if (prev.next.e.equals(e)) {
break;
}
prev = prev.next;
}
if (prev.next != null) {
Node delNode = prev.next;
prev.next = delNode.next;
delNode.next = null;
size--;
}
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
Node cur = dummyHead.next;
while (cur != null) {
res.append(cur.e).append("->");
cur = cur.next;
}
res.append("NULL");
return res.toString();
}
}链栈的具体代码如下：
public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {
private LinkedList<E> list;
public LinkedListStack() {
list = new LinkedList<>();
}
@Override
public int getSize() {
return list.getSize();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return list.isEmpty();
}
//链表头是栈顶，链表头是o（1）级别的
@Override
public void push(E e) {
list.addFirst(e);
}
@Override
public E pop() {
return list.removeFirst();
}
@Override
public E peek() {
return list.getFirst();
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append("Stack: top");
res.append(list.toString());
return res.toString();
}
}
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