Java三种方式实现栈和队列

栈：LIFO（后进先出）

队列：FIFO（先进先出）

1、栈：LIFO（后进先出）

1.1、栈的顺序存储结构实现：

/**
 * 基于数组实现的顺序栈
 * @param <E>
 */
public class Stack<E> {
    private Object[] data = null;
    private int maxSize=0;   //栈容量
    private int top =-1;  //栈顶指针
    
    /**
     * 构造函数：根据给定的size初始化栈
     */
    Stack(){
        this(10);   //默认栈大小为10
    }
    
    Stack(int initialSize){
        if(initialSize >=0){
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            top = -1;
        }else{
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小于0：" + initialSize);
        }
    }
    
    //判空
    public boolean empty(){
        return top==-1 ? true : false;
    }
    
    //进栈,第一个元素top=0；
    public boolean push(E e){
        if(top == maxSize -1){
            throw new RuntimeException("栈已满，无法将元素入栈！");
        }else{
            data[++top]=e;
            return true;
        }    
    }
    
    //查看栈顶元素但不移除
    public E peek(){
        if(top == -1){
            throw new RuntimeException("栈为空！");
        }else{
            return (E)data[top];
        }
    }
    
    //弹出栈顶元素
    public E pop(){
        if(top == -1){
            throw new RuntimeException("栈为空！");
        }else{
            return (E)data[top--];
        }
    }
    
    //返回对象在堆栈中的位置，以 1 为基数
    public int search(E e){
        int i=top;
        while(top != -1){
            if(peek() != e){
                top --;
            }else{
                break;
            }
        }
        int result = top+1;
        top = i;
        return result;      
    }
}

1.2、栈的链式存储结构实现：

public class LinkStack<E> {
    //链栈的节点
    private class Node<E>{
        E e;
        Node<E> next;
        
        public Node(){}
        public Node(E e, Node next){
            this.e = e;
            this.next = next;
        }
    }
    
    private Node<E> top;   //栈顶元素
    private int size;  //当前栈大小
    
    public LinkStack(){
        top = null;
    }
    
    //当前栈大小
    public int length(){
        return size;
    }
    
    //判空
    public boolean empty(){
        return size==0;
    }
    
    //入栈：让top指向新创建的元素，新元素的next引用指向原来的栈顶元素
    public boolean push(E e){
        top = new Node(e,top);
        size ++;
        return true;
    }
    
    //查看栈顶元素但不删除
    public Node<E> peek(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空栈异常！");
        }else{
            return top;
        }
    }
    
    //出栈
    public Node<E> pop(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空栈异常！");
        }else{
            Node<E> value = top; //得到栈顶元素
            top = top.next; //让top引用指向原栈顶元素的下一个元素 
            value.next = null;  //释放原栈顶元素的next引用
            size --;
            return value;
        }
    }
}

 1.3、基于LinkedList实现的栈结构：

import java.util.LinkedList;

/**
 * 基于LinkedList实现栈
 * 在LinkedList实力中只选择部分基于栈实现的接口
 */
public class StackList<E> {
    private LinkedList<E> ll = new LinkedList<E>();
    
    //入栈
    public void push(E e){
        ll.addFirst(e);
    }
    
    //查看栈顶元素但不移除
    public E peek(){
        return ll.getFirst();
    }
    
    //出栈
    public E pop(){
        return ll.removeFirst();
    }
    
    //判空
    public boolean empty(){
        return ll.isEmpty();
    }
    
    //打印栈元素
    public String toString(){
        return ll.toString();
    }
}

 

2、队列：FIFO（先进先出）

2.1 队列的顺序存储结构实现

public class Queue<E> {
    private Object[] data=null;
    private int maxSize; //队列容量
    private int front;  //队列头，允许删除
    private int rear;   //队列尾，允许插入

    //构造函数
    public Queue(){
        this(10);
    }
    
    public Queue(int initialSize){
        if(initialSize >=0){
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            front = rear =0;
        }else{
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小于0：" + initialSize);
        }
    }
    
    //判空
    public boolean empty(){
        return rear==front?true:false;
    }
    
    //插入
    public boolean add(E e){
        if(rear== maxSize){
            throw new RuntimeException("队列已满，无法插入新的元素！");
        }else{
            data[rear++]=e;
            return true;
        }
    }
    
    //返回队首元素，但不删除
    public E peek(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空队列异常！");
        }else{
            return (E) data[front];
        }    
    }
    
    //出队
    public E poll(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空队列异常！");
        }else{
            E value = (E) data[front];  //保留队列的front端的元素的值
            data[front++] = null;     //释放队列的front端的元素                
            return value;
        }            
    }
    
    //队列长度
    public int length(){
        return rear-front;
    }
}

2.2、循环队列的顺序存储结构实现

import java.util.Arrays;

public class LoopQueue<E> {
    public Object[] data = null;
    private int maxSize; // 队列容量
    private int rear;// 队列尾，允许插入
    private int front;// 队列头，允许删除
    private int size=0; //队列当前长度

    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    public LoopQueue(int initialSize) {
        if (initialSize >= 0) {
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            front = rear = 0;
        } else {
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小于0：" + initialSize);
        }
    }

    // 判空
    public boolean empty() {
        return size == 0;
    }

    // 插入
    public boolean add(E e) {
        if (size == maxSize) {
            throw new RuntimeException("队列已满，无法插入新的元素！");
        } else {
            data[rear] = e;
            rear = (rear + 1)%maxSize;
            size ++;
            return true;
        }
    }

    // 返回队首元素，但不删除
    public E peek() {
        if (empty()) {
            throw new RuntimeException("空队列异常！");
        } else {
            return (E) data[front];
        }
    }

    // 出队
    public E poll() {
        if (empty()) {
            throw new RuntimeException("空队列异常！");
        } else {
            E value = (E) data[front]; // 保留队列的front端的元素的值
            data[front] = null; // 释放队列的front端的元素
            front = (front+1)%maxSize;  //队首指针加1
            size--;
            return value;
        }
    }

    // 队列长度
    public int length() {
        return size;
    }

    //清空循环队列
    public void clear(){
        Arrays.fill(data, null);
        size = 0;
        front = 0;
        rear = 0;
    }
}

2.3、队列的链式存储结构实现

public class LinkQueue<E> {
    // 链栈的节点
    private class Node<E> {
        E e;
        Node<E> next;

        public Node() {
        }

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }
    }
    
    private Node front;// 队列头，允许删除  
    private Node rear;// 队列尾，允许插入  
    private int size; //队列当前长度 
    
    public LinkQueue() {
        front = null;
        rear = null;
    }
    
    //判空
      public boolean empty(){
          return size==0;
      }
      
      //插入
      public boolean add(E e){
          if(empty()){    //如果队列为空
              front = new Node(e,null);//只有一个节点，front、rear都指向该节点
              rear = front;
          }else{
              Node<E> newNode = new Node<E>(e, null);
              rear.next = newNode; //让尾节点的next指向新增的节点
              rear = newNode; //以新节点作为新的尾节点
          }
          size ++;
          return true;
      }
      
      //返回队首元素，但不删除
      public Node<E> peek(){
          if(empty()){
              throw new RuntimeException("空队列异常！");
          }else{
              return front;
          }
      }
      
      //出队
      public Node<E> poll(){
          if(empty()){
              throw new RuntimeException("空队列异常！");
          }else{
              Node<E> value = front; //得到队列头元素
              front = front.next;//让front引用指向原队列头元素的下一个元素
              value.next = null; //释放原队列头元素的next引用
              size --;
              return value;
          }        
      }
      
      //队列长度
      public int length(){
          return size;
      }
}

2.4、基于LinkedList实现队列结构

/**
 * 使用java.util.Queue接口,其底层关联到一个LinkedList（双端队列）实例.
 */
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class QueueList<E> {
    private Queue<E> queue = new LinkedList<E>();
    
    // 将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），在成功时返回 true，
    //如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException。
    public boolean add(E e){
        return queue.add(e);
    }
    
    //获取，但是不移除此队列的头。
    public E element(){
        return queue.element();
    }
    
    //将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），当使用有容量限制的队列时，
    //此方法通常要优于 add(E)，后者可能无法插入元素，而只是抛出一个异常。
    public boolean offer(E e){
        return queue.offer(e);
    }
    
    //获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null
    public E peek(){
        return queue.peek();
    }
    
    //获取并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null
    public E poll(){
        return queue.poll();
    }
    
    //获取并移除此队列的头
    public E remove(){
        return queue.remove();
    }
    
    //判空
    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }
}