深入理解Java 栈数据结构

Posted 2021-01-21 姓码名农小小

　　栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

　　

　　从上图是基于数组实现的栈，可以看到，对栈的操作（压栈、出栈）其实都是对栈顶元素的操作，因此压栈和出栈的速度都比较快。栈中元素按照FILO顺序排序的，即先入后出的规则，先放进去的元素最后才能被弹出来。

 

　　一、栈结构要素

　　1、栈，是用来存储数据的数据结构，可以使用数组或链表来实现栈结构

　　2、栈顶，顾名思义栈最顶部的元素，压栈与出栈的对象

　　3、栈深度，栈中数据多少，如果栈结构为数组，当栈长度大于等于数组长度后，会抛出异常或对数组进行扩容，栈结构是链表就没有这个限制。

　　

//存放数据
    private Object[] data;
    //数据量
    private int size;
    //栈顶
    private int top;
    //默认栈大小
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
    //最大容量
    private int maxCapacity;

　　

　　二、压栈

    /**
     * 向栈中放数据
     * @param obj
     * @return
     */
    public boolean push(Object obj){
        if (size >= maxCapacity) return false;
        data[++top] = obj;
        size++;
        return true;
    }

　　压栈操作比较简单，将新元素放在原栈顶的上面，栈顶指针往上移动一位。我这里当栈深度等于数组长度后是直接返回false的，当然根据实际的需求，你也可以对现有数组进行扩容，然后将原栈中元素放入新栈中即可。如：

     /**
     * 压栈，如果栈深度超出数组长度，将数组扩大1.5倍
     * @param obj
     * @return
     */
    public boolean push1(Object obj){
        if (size >= maxCapacity){
            maxCapacity = maxCapacity * 3 / 2;
            Object[] newStack = new Object[maxCapacity];
            System.arraycopy(data,0,newStack,0,size);
            Arrays.fill(data,null);
            data = newStack;
        }
        data[++top] = obj;
        size++;
        return true;
    }

 

　　三、出栈

    /**
     * 从栈中弹出数据
     * @return
     */
    public Object pop(){
        if (size <= 0) return null;
        size--;
        Object old = data[top];
        data[top--] = null;
        return old;
    }

　　出栈操作将栈顶元素掷为null，然后将栈顶指针往下移动一位即可，很简单。

 

　　四、查看栈顶

    /**
     * 查看数据
     */
    public Object peek(){
        if (isEmpty()) return null;
        return data[top];
    }

　　这个方法更是简单到令人发指，只是查看栈顶元素，并没有将栈顶元素删除。

 

　　五、清空栈

    /**
     * 清空栈数据
     */
    public void clear(){
        while (top > -1){
            data[top--] = null;
        }
        size = 0;
    }

 

　　栈数据结构的实现基本已经讲完了，栈的基本操作差不多包包含在里面了，代码实现起来就是这么简单。另外，另一种基于链表的栈我就不再这里说了，因为也是很简单的，这是栈限定对链表的操作只能是操作链表头部，大家如果感兴趣的话可以自己尝试用链表实现一个栈，或者可以参考一下我之前写的基于链表实现的队列，原理是差不多的，也可以参考一下jdk中的LinkedList。