Java 数据结构篇-用链表、数组实现栈

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文章目录

        1.0 栈的说明

        2.0 用链表来实现栈

        2.1 实现栈 - 入栈方法（push）

        2.2 实现栈 - 出栈（pop）

        2.3 实现栈 - 查看栈顶元素（peek）

        2.4 实现栈 - 判断是否为空栈（isEmpty）

        2.5 实现栈 - 判断是否为满栈（isFull）

        2.6 实现栈 - 重写迭代器

        2.7 用链表实现栈的完整代码

        3.0 用数组来实现栈

        3.1 实现栈 - 入栈（push）

        3.2 实现栈 - 出栈（pop）

        3.3 实现栈 - 查找栈顶元素（peek）

        3.4 实现栈 - 判断是否为空栈（isEmpty）

        3.5 实现栈 - 判断是否为满栈（isFull）

        3.6 实现栈 - 重写迭代器

        3.7 用数组实现栈的完整代码

        1.0 栈的说明

        栈是一种数据结构，它具有后进先出（LIFO）的特性，即最后入栈的元素最先出栈。栈通常可以通过数组或链表来实现。栈有两个基本操作：入栈（push）和出栈（pop）。入栈操作将元素放入栈顶，出栈操作将栈顶元素移除并返回。栈还有一个辅助操作叫做查看栈顶元素（peek），用于查看栈顶的元素但不移除它。

        2.0 用链表来实现栈

        首先，需要准备实现带哨兵的单链表，用来存放数据。把链表的头部称为栈顶，链表的尾部称为栈底，对于栈来说，只对栈顶操作，对栈底不会有任何的操作。所以该链表中需要的成员变量有 sentry 哨兵节点、 size 记录节点的数量、capacity 栈的容量。为了更好的实现相关的API，所以另外定义了一个接口。

代码如下：


public class LinkedListStack<E> implements StackInterface<E>{static class Node<E> {public E value;Node<E> next;public Node() {}public Node(E value, Node<E> next) {this.value = value;this.next = next;}}private int size;private final int capacity;private final Node<E> sentry;public LinkedListStack(int capacity) {this.capacity = capacity;this.sentry = new Node<>(null,null);}}

        

        2.1 实现栈 - 入栈方法（push）

        用链表实现栈中，入栈就相当于在链表中进行头插节点，需要注意的是，在进行入栈的时候需要先判断是否栈满了，若栈满了，返回 false；反则，返回 true 。

代码如下：

    public boolean push(E value) {if (isFull()) {System.out.println("栈容量满了！！！");return false;}sentry.next = new Node<>(value,sentry.next);size++;return true;}

        sentry.next 所指向的就是头节点，现在头节点要换成新入栈的节点，则就是 sentry.next 指向该节点，而新入栈的节点指向原来就旧的头节点。需要注意的是，记得进行 size++ 。

        2.2 实现栈 - 出栈（pop）

        用链表实现栈中，出栈相当于头删节点，不过结束的时候需要返回该节点的值，所以先找到头节点 head = sentry.next ，然后再让哨兵节点指向头节点的下一个节点，即可将该头节点从该链表中删除掉了，sentry.next = head.next 。最后返回 head.value 。

代码如下：

    public E pop() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> first = sentry.next;sentry.next = first.next;size--;return first.value;}

        在进行出栈操作时，需要先判断该链表是否为空，若是空链表，则返回 null ；若不是空链表，则返回该删除节点的值。还需要注意的是，每一次删除后，都需要进行 size-- 操作。

        2.3 实现栈 - 查看栈顶元素（peek）

        用链表实现栈中，查看栈顶元素相当与查找头节点，即 head =  sentry.next，因此直接返回该头节点的值即可 head.value 。

    @Overridepublic E peek() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> first = sentry.next;return first.value;}

        在查看栈顶元素时，也要先判断该栈是否为空栈。若为空栈，直接返回 null 。

        2.4 实现栈 - 判断是否为空栈（isEmpty）

        当且仅当 size == 0 时，则为空栈。还有一种判断的方式，就是当 sentry.next 时，也为空栈。

代码如下：

    public boolean isEmpty() {return size == 0;//return sentry.next == null;}

        2.5 实现栈 - 判断是否为满栈（isFull）

        用链表实现栈时，当 size == capacity 时，则为满栈。

代码如下：

    public boolean isFull() {return size == capacity;}

         2.6 实现栈 - 重写迭代器

        先实现该接口 Iterable<E> ，再重写该接口的两个方法，hasNext() 与 next() 。对于 hasNext() ，当 p != null 时，继续循环下去，p == null 时，循环结束；对于 next() ，需要进行 p = p.next，将 p 往后移一步的动作，还得需要完成每一次返回对应的数据的动作。 

代码如下：

    public Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {Node<E> p = sentry.next;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic E next() {E key = p.value;p = p.next;return key;}};}

        2.7 用链表实现栈的完整代码

相关的接口：

public interface StackInterface <E>{/*** 先栈顶压入元素* value - 代压入值* 压入成功返回true,否则返回false*/boolean push(E value);/*** 从栈顶弹出元素* 栈非空返回栈顶元素，栈为空返回 null*/E pop();/**返回栈顶元素，不弹出栈非空返回栈顶元素，栈为空返回 null*/E peek();/*** 判断栈是否为空* 空返回true，否则返回false*/boolean isEmpty();/*** 判断栈是否满* 满返回true,否则返回false*/boolean isFull();}

用链表实现栈的代码：

import java.util.Iterator;
public class LinkedListStack<E> implements StackInterface<E>,Iterable<E>{static class Node<E> {public E value;Node<E> next;public Node() {}public Node(E value, Node<E> next) {this.value = value;this.next = next;}}private int size;private final int capacity;private final Node<E> sentry;public LinkedListStack(int capacity) {this.capacity = capacity;this.sentry = new Node<>(null,null);}@Overridepublic boolean push(E value) {if (isFull()) {System.out.println("栈容量满了！！！");return false;}sentry.next = new Node<>(value,sentry.next);size++;return true;}@Overridepublic E pop() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> first = sentry.next;sentry.next = first.next;size--;return first.value;}@Overridepublic E peek() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> first = sentry.next;return first.value;}@Overridepublic boolean isEmpty() {return size == 0;//return sentry.next == null;}@Overridepublic boolean isFull() {return size == capacity;}@Overridepublic Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {Node<E> p = sentry.next;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic E next() {E key = p.value;p = p.next;return key;}};}
}

        3.0 用数组来实现栈

        该类中的成员变量有 Object[] array 的数组，来存放数据；还有 int top ，用来记录数据的个数，当 top - 1 索引对应该位置，称为栈顶；0 索引对应的位置，称为栈底。这样的设置，提高了对栈顶操作的效率。

代码如下：

public class ArrayStack<E> {private int top;private Object[] arrayStack;public ArrayStack() {}public ArrayStack(int capacity) {arrayStack = new Object[capacity];}
}

        利用该类的构造方法，可以自定义初始化数组的容量。

        3.1 实现栈 - 入栈（push）

        用数组实现栈，相当与在数组 top 位置中存放数据，即 arrayStack[top] = value 。

代码如下：

 public boolean push(E value) {if (isFull()) {return false;}arrayStack[top++] = value;return true;}

        但是在入栈之前需要先判断该栈是否满了，若为满栈，则不能继续存放数据了。若存放数据之后，需要将 top++ 进行自加的操作。

        3.2 实现栈 - 出栈（pop）

        用数组实现栈，出栈相当于进行尾删，不过先得记录要删除的数据，将其返回即可。

代码如下：

    public E pop() {if (isEmpty()) {return null;}return (E)arrayStack[--top];}

        但是，在出栈之前需要先判断该栈是否为空栈。

         3.3 实现栈 - 查找栈顶元素（peek）

        用数组实现栈，查找栈顶元素相当于去查找数组 top - 1索引的值。

代码如下：

    public E peek() {if (top == 0) {return  null;}return (E) arrayStack[top - 1];}

        在查找栈顶元素之前，需要先判断 top 是否为 0 ，为 0 即为空，没有必要查找了。

        3.4 实现栈 - 判断是否为空栈（isEmpty）

        用数组实现栈，判断是否为空栈，就是判断 top 是否等于 0 。

代码如下：

    public boolean isEmpty() {return top == 0;}

        3.5 实现栈 - 判断是否为满栈（isFull）

        用数组实现栈，判断是否为满栈，就是判断 top 是否等于该数组的长度 arrayStack.length 。

代码如下：

    @Overridepublic boolean isFull() {return arrayStack.length == top;}

        3.6 实现栈 - 重写迭代器

        先实现该接口 Iterable<E> ，再重写该接口的两个方法，hasNext() 和 next() 。对于 hasNext() ，当 top > 0 时，继续循环下去，top == 0 时，循环结束；对于 next() ，完成需要进行 top-- 的动作，还得需要完成每一次返回对应的数据的动作。 

代码如下：

public Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {int p = top;@Overridepublic boolean hasNext() {return p > 0;}@Overridepublic E next() {return (E)arrayStack[--p];}};}

        3.7 用数组实现栈的完整代码

接口代码：

public interface StackInterface <E>{/*** 先栈顶压入元素* value - 代压入值* 压入成功返回true,否则返回false*/boolean push(E value);/*** 从栈顶弹出元素* 栈非空返回栈顶元素，栈为空返回 null*/E pop();/**返回栈顶元素，不弹出栈非空返回栈顶元素，栈为空返回 null*/E peek();/*** 判断栈是否为空* 空返回true，否则返回false*/boolean isEmpty();/*** 判断栈是否满* 满返回true,否则返回false*/boolean isFull();}

用数组实现栈的代码：

import java.util.Iterator;public class ArrayStack<E> implements StackInterface<E>,Iterable<E>{private int top;private Object[] arrayStack;public ArrayStack() {}public ArrayStack(int capacity) {arrayStack = new Object[capacity];}@Overridepublic boolean push(E value) {if (isFull()) {return false;}arrayStack[top++] = value;return true;}@Overridepublic E pop() {if (isEmpty()) {return null;}return (E)arrayStack[--top];}@Overridepublic E peek() {if (top == 0) {return  null;}return (E) arrayStack[top - 1];}@Overridepublic boolean isEmpty() {return top == 0;}@Overridepublic boolean isFull() {return arrayStack.length == top;}@Overridepublic Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {int p = top;@Overridepublic boolean hasNext() {return p > 0;}@Overridepublic E next() {return (E)arrayStack[--p];}};}
}

 

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