表、栈和队列

　　这是最基本的三种数据结构，每个程序中都至少使用一种，比如说栈，递归程序其实就是借助方法调用栈来实现的，站在计算机的角度，没有什么问题是栈解决不了的。本文对这些数据结构进行说明。随后会在这个 GitHub 整理出相应的练习题和对应标签的 LeetCode 题目解答。

　　本文将讨论：

• 表、栈和队列相关概念，特点和基本操作

1. 表

　　表是一种逻辑结构，表示元素之间的相邻关系。按照元素在内存中的不同表现形式可分为：顺序存储和链式存储。

1.1 顺序存储

　　顾名思义，先申请一块大小固定并且连续的内存空间，然后把元素放进去。一般情况下，我们事先不知道需要多大的空间，过大会浪费，过小还得扩充，局限性比较大。顺序表基于数组实现，随机访问的时间复杂度为O(1)；遍历和查找的时间复杂度为O(n)；插入，删除，最坏的情况下（O(n)），因为需要移动大量元素。

1.2 链式存储（单链表，双链表，循环链表）

　　为了避免插入，删除影响运行效率，由此引入链式存储，它不需要连续的存储空间，通过“链”建立元素之间的关系，在插入、删除时，只需要修改指针，不用移动元素。经常使用的是单链表，对于链表节点，除了存储自身数据外，还存放一个指向后继的指针，在Java中就是保留后继元素的一个引用。单链表中查找某个特定的元素，只能从头开始遍历。在表示单链表时，通常会增加一个“头结点”，这样的好处是，在处理第一个节点时和其他节点没有差别，单链表的结构如下：

图 1-1 单链表

1.2.1 链表常用操作

　　链表又分为单链表，双链表和循环链表，链表常用的操作就是插入和删除，只需要修改指针即可，具体如下。

（1）单链表结点的插入和删除，其实在插入之前需要找到，此位置的前驱结点然后执行插入，这里我们假设前驱结点是已知的。

 

（2）双链表结点的插入和删除，与单链表的区别是，它得修改前驱和后继两个指针

（3）循环链表，不管是单链表还是双链表只需要把尾结点指向头结点即可形成，如带头结点的单链表头尾相连：

2. 栈

　　栈，在计算机中运用广泛，比如说JVM，它就是基于栈来执行指令的。栈最大的特点就是先进后出（Last In First Out，LIFO），所以入栈序列和出栈序列是相反的。栈另一个特点是只允许在栈顶top操作，俩动作入栈 push 和出栈 pop。栈的结构图如下：

3. 队列

　　队列，在现实生活中，买票和要排队，进地铁要排队，上地铁也要排队……，无时无刻都在体现队列的应用。由于售票厅和地铁它们的处理能力存在瓶颈，为了防止大规模的事件请求，采用排队机制。在计算机中也是这个道理，比如打印机，主机请求的次数，比打印机要快的多，为了匹配速度，可以建立一个缓冲区，满了主机就不要请求了，打印机就不断从缓冲区拿数据打印就行。

　　队列的特点是，先进先出（First In First Out，FIFO），只允许在队尾 tail 插入，在队首 head 删除，其结构如下：

　　队列有一个很重要的实现，叫环形队列，经常被用来实现环形缓冲区，它的指针移动特点是使用模运算。比较常用的判断环形队列是否为空方法是：牺牲一个存储单元，约定”队头指针在队尾指针的下一个位置作为队满的标志”，本文给出一个 RingBuffer 的简单实现，当队列满时，丢弃新来的数据，并记录。