栈的基础知识
栈，又名堆栈，是一种受限的线性表，这意味着该线性表只能在一段进行插入或删除操作。具体来说，栈顶是允许进行插入或删除操作的一端，而相对的另一端被称为栈底。
栈的主要特性为“后进先出”，也就是说最后存入的元素将最先被取出。这种特性也可以理解为“先进后出”，即最早存入的元素最后才能被取出。
栈的操作主要有两种：入栈和出栈。入栈是将元素放入栈顶，而出栈则是将栈顶元素移除。例如，你可以把往柜子里放东西的过程比作入栈，从柜子里取东西的过程则可比作出栈。
基于数组实现栈
数组是一种具有连续内存空间的数据结构，我们可以使用数组来实现栈。
采用数组实现栈，我们先来看一下过程：
入栈过程：
出栈过程：
class MyStack<T> { private Object[] stack; //栈顶元素 private int top; MyStack() { 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() { if (top > 0) { return (T) stack[top - 1]; } return null; } //入栈 public void push(T t) { expandCapacity(top + 1); stack[top++] = t; } //出栈 public T pop() { T t = null; if (top > 0) { t = (T) stack[top - 1]; stack[top - 1] = null; top--; return t; } return t; } public void expandCapacity(int size) { int len = stack.length; if (size > len) { //扩容50% size = size * 3 / 2 + 1; stack = Arrays.copyOf(stack, size); } } }
- 定义一个泛型类MyStack，其中T表示栈中元素的类型。
- 定义一个私有对象数组stack，用于存储栈中的元素。
- 定义一个私有整数变量top，表示栈顶元素的索引。
- 定义一个无参构造函数，初始化stack数组的大小为10。
- 定义一个isEmpty()方法，判断栈是否为空，如果top等于0，则返回true，否则返回false。
- 定义一个peek()方法，返回栈顶元素。如果栈不为空，则返回栈顶元素，否则返回null。
- 定义一个push(T t)方法，将元素t压入栈中。首先调用expandCapacity(top+1)方法扩容，然后将元素t存入栈顶，最后将top加1。
- 定义一个pop()方法，从栈中弹出元素。如果栈不为空，则将栈顶元素赋值给变量t，将栈顶元素置为null，将top减1，然后返回变量t。如果栈为空，则直接返回null。
- 定义一个expandCapacity(int size)方法，用于扩容。如果传入的参数size大于当前数组的长度，则将数组长度扩大到原来的50%，并将原数组的元素复制到新数组中。
我们测试一下我们的方法正不正确：
public class test1 { public static void main(String[] args) { MyStack<String> myStack = new MyStack<>(); System.out.println(myStack.peek()); System.out.println(myStack.isEmpty()); myStack.push("1"); myStack.push("2"); myStack.push("3"); System.out.println(myStack.pop()); System.out.println(myStack.isEmpty()); System.out.println(myStack.peek()); } }
基于链表实现栈
链表是一种常见的数据结构，它由多个结点组成，每个结点包含一个数据元素和一个指向下一个结点的指针。我们可以使用链表来实现栈。
class ListStack<T> { class Node<T> { public T t; public Node next; } public Node<T> head; ListStack() { head = null; } //入栈 public void push(T t) { if (t == null) { throw new NullPointerException("参数错误异常"); } if (head == null) { head = new Node<>(); 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; } else { return head.t; } } //判断栈是否为空 public boolean isEmpty() { return head == null; } }
在ListStack类中，定义了一个内部类Node，表示栈中的节点。每个节点包含两个属性：t表示节点存储的元素，next表示指向下一个节点的引用。
ListStack类还包含以下方法：
- push(T t)：将元素t压入栈顶。如果t为null，则抛出异常。如果栈为空，则创建一个新的节点作为栈顶；否则，创建一个新的节点并将其插入到栈顶。
- pop()：从栈顶弹出元素并返回。如果栈为空，则返回null。否则，返回栈顶元素的值，并将栈顶指针指向下一个节点。
- peek()：获取栈顶元素但不弹出。如果栈为空，则返回null。否则，返回栈顶元素的值。
- isEmpty()：判断栈是否为空。如果栈顶指针为null，则返回true；否则返回false。
我们依旧写一个测试方法测试一下我们的方法正不正确：
public class test2 { public static void main(String[] args) { ListStack<Object> listStack = new ListStack<>(); System.out.println(listStack.peek()); System.out.println(listStack.isEmpty()); listStack.push("1"); listStack.push("2"); listStack.push("3"); listStack.push("4"); System.out.println(listStack.peek()); System.out.println(listStack.isEmpty()); } }
总结：链表和数组都可以用来实现栈。链表基于指针的指向实现栈的操作，具有动态增加和删除元素的能力，但需要更多的内存空间。数组基于连续的内存空间实现栈的操作，具有更高的存取效率，但缺乏动态增加和删除元素的能力。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的实现方式。
