10. 栈stack
简介
栈应该是一种非常简单并且非常有用的数据结构了。栈的特点就是先进后出FILO或者后进先出LIFO。
实际上很多虚拟机的结构都是栈。因为栈在实现函数调用中非常的有效。
今天我们一起来看学习一下栈的结构和用法。
栈的构成
栈一种有序的线性表，只能在一端进行插入或者删除操作。这一端就叫做top端。
定义一个栈，我们需要实现两种功能，一种是push也就是入栈，一种是pop也就是出栈。
当然我们也可以定义一些其他的辅助功能，比如top：获取栈上最顶层的节点。isEmpty:判断栈是否为空。isFull:判断栈是否满了之类。
先看下入栈的动画：
再看下出栈的动画：
栈的实现
具有这样功能的栈是怎么实现呢？
一般来说栈可以用数组实现，也可以用链表来实现。
使用数组来实现栈
如果使用数组来实现栈的话，我们可以使用数组的最后一个节点作为栈的head。这样在push和pop栈的操作的时候，只需要修改数组中的最后一个节点即可。
我们还需要一个topIndex来保存最后一个节点的位置。
实现代码如下：
public class ArrayStack {
//实际存储数据的数组
private int[] array;
//stack的容量
private int capacity;
//stack头部指针的位置
private int topIndex;
public ArrayStack(int capacity){
this.capacity= capacity;
array = new int[capacity];
//默认情况下topIndex是-1，表示stack是空
topIndex=-1;
}
/**
* stack 是否为空
* @return
*/
public boolean isEmpty(){
return topIndex == -1;
}
/**
* stack 是否满了
* @return
*/
public boolean isFull(){
return topIndex == array.length -1 ;
}
public void push(int data){
if(isFull()){
System.out.println("Stack已经满了，禁止插入");
}else{
array[++topIndex]=data;
}
}
public int pop(){
if(isEmpty()){
System.out.println("Stack是空的");
return -1;
}else{
return array[topIndex--];
}
}
}
使用动态数组来实现栈
上面的例子中，我们的数组大小是固定的。也就是说stack是有容量限制的。
如果我们想构建一个无限容量的栈应该怎么做呢？
很简单，在push的时候，如果栈满了，我们将底层的数组进行扩容就可以了。
实现代码如下：
public void push(int data){
if(isFull()){
System.out.println("Stack已经满了，stack扩容");
expandStack();
}
array[++topIndex]=data;
}
//扩容stack，这里我们简单的使用倍增方式
private void expandStack(){
int[] expandedArray = new int[capacity* 2];
System.arraycopy(array,0, expandedArray,0, capacity);
capacity= capacity*2;
array= expandedArray;
}
当然，扩容数组有很多种方式，这里我们选择的是倍增方式。
使用链表来实现
除了使用数组，我们还可以使用链表来创建栈。
使用链表的时候，我们只需要对链表的head节点进行操作即可。插入和删除都是处理的head节点。
public class LinkedListStack {
private Node headNode;
class Node {
int data;
Node next;
//Node的构造函数
Node(int d) {
data = d;
}
}
public void push(int data){
if(headNode == null){
headNode= new Node(data);
}else{
Node newNode= new Node(data);
newNode.next= headNode;
headNode= newNode;
}
}
public int top(){
if(headNode ==null){
return -1;
}else{
return headNode.data;
}
}
public int pop(){
if(headNode ==null){
System.out.println("Stack是空的");
return -1;
}else{
int data= headNode.data;
headNode= headNode.next;
return data;
}
}
public boolean isEmpty(){
return headNode==null;
}
}
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