重学数据结构（二、栈）
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1、栈的定义和特点
栈(Stack)又称堆栈， 是限制在表的一端进行插入和删除运算的线性表。
如果要拿一个东西对比，羽毛球筒比较合适。
栈遵循后进先出（ Last-in-first-out，LIFO）的原则。
比如上面的羽毛球筒，只能将最顶端的羽毛球移出，也只能将新的羽毛球放到最顶端——这两种操作分别称作入栈（ Push）和出栈（ Pop）。入栈和出栈的示意图如下：
最顶端的羽毛球叫栈顶栈顶 (top),最底端的羽毛球称为栈底 (bottom)。
2、栈的基本操作
栈的基本操作除了入栈和出栈外， 还有栈的初始化、 栈空的判定， 以及取栈顶元素等。
根据这些操作，我们定义一个接口：
/**
* @Author 三分恶
* @Date 2020/8/26
* @Description 栈接口
*/
public interface Stack {
public int getSize(); //返回栈中元素数目
public boolean isEmpty(); //判空
public Object top(); //取栈顶元素但不删除
public void push(Object element); //入栈
public Object pop(); //出栈
}
线性表有顺序和链式两种实现，栈同样有两种实现。
3、顺序栈
这里我们通过一个可扩容的数组来实现。
/**
* @Author 三分恶
* @Date 2020/8/26
* @Description 顺序栈--数组实现
*/
public class ArrayStack implements Stack{
private static int defaultSize=15; //默认容量
private int size; //实际容量：实际存储元素个数
private Object[] data; //存放元素的数组
/**
* 无参构造方法：按默认容量构造元素数组
*/
public ArrayStack() {
data=new Object[defaultSize];
size=0;
}
/**
* 有参构造方法：指定元素数组容量
* @param size
*/
public ArrayStack(int size){
data=new Object[size];
}
public int getSize() {
return size;
}
public boolean isEmpty() {
return size==0;
}
/**
* 取栈顶元素:不删除栈顶元素
* @return
*/
public Object top() {
if (isEmpty())
throw new RuntimeException("栈空");
size--;
return data[size-1];
}
/**
* 入栈
* @param element
*/
public void push(Object element) {
//数组已满，扩容
if (size==data.length){
//扩容两倍的新数组
Object [] newData=new Object[size<<1];
//拷贝数组
System.arraycopy(data,0,newData,0,size);
data=newData;
}
//栈顶上插入新元素
data[size]=element;
size++;
}
/**
* 出栈
* @return
*/
public Object pop() {
if (isEmpty())
throw new RuntimeException("栈空");
Object top=data[size-1];
data[size-1]=null;
size--;
return top;
}
}
时间复杂度分析：
- getSize()：O(1)
- isEmpty()：O(1)
- top()：O(1)
- push()：平均O(1)，最坏（扩容）O(n)
- pop(): O(1)
3、链栈
链栈指的是链式存储结构实现的栈。在前面的学习中，我们已经完成了单向链表的实现，代码如下，具体说明可查看上一篇内容：
现在我们通过单向链表来实现链栈：
/**
* @Author 三分恶
* @Date 2020/8/26
* @Description
*/
public class ListStack implements Stack{
//单向链表
private SinglyLinkedList list;
/**
* 构造函数：初始化单向链表
*/
public ListStack(){
list=new SinglyLinkedList();
}
/**
* 获取栈的容量
* @return
*/
public int getSize() {
return list.getSize();
}
public boolean isEmpty() {
return list.getSize()==0;
}
/**
* 取栈顶元素
* @return
*/
public Object top() {
//取列表的尾节点
return list.get(list.getSize()-1);
}
/**
* 入栈
* @param element
*/
public void push(Object element) {
//队列尾插入
list.addTail(element);
}
/**
* 出栈
* @return
*/
public Object pop() {
int topIndex=list.getSize()-1;
//列表为节点
Object top=list.get(topIndex);
//删除尾结点
list.remove(topIndex);
return top;
}
}
时间复杂度分析：
- getSize()：O(1)
- isEmpty()：O(1)
- top()：O(1)
- push()：O(1)
- pop(): O(1)
4、java中的栈
在Java中有一个java.util.Stack类，它实现了栈的结构。
它是Vector的子类，也自定义了一些作为栈的方法。
java.util.Stack类是Vector的子类，实际上并不建议使用它。
在Java中还有另外一个集合，可以作为栈使用，它就是LinkedList。LinkedList中实现了push、pop方法。具体可以查看LinkedList源码阅读笔记。
源码地址：https://gitee.com/LaughterYoung/data-structure-learn.git
上一篇：重学数据结构（一、线性表）
本文为学习笔记类博客，主要资料来源如下！
参考：
【1】：邓俊辉 编著. 《数据结构与算法》
【2】：王世民 等编著 . 《数据结构与算法分析》
【3】： Michael T. Goodrich 等编著.《Data-Structures-and-Algorithms-in-Java-6th-Edition》
【4】：严蔚敏、吴伟民 编著 . 《数据结构》
【5】：程杰 编著 . 《大话数据结构》
【6】：Java Stack 类
