栈的顺序存储和链式存储

Posted 2021-02-21 duan2

　　栈和队列是两种重要的数据结构。从栈与队列的逻辑结构上来说，它们也是线性结构，
与线性表不同的是它们所支持的基本操作是受到限制的，它们是操作受限的线性表，是一种
限定性的数据结构。

　　栈（stack ）又称堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除操作，

不允许在其他任何位置进行插入、查找、删除等操作。表中进行插入、删除操作的一端称为 栈顶（top） ），

栈顶保存的元素称为 栈顶元素。相对的，表的另一端称为栈底（栈底（bottom） 

 

Stack接口

 

Stack接口


public interface Stack {
    //返回堆栈的大小
    public int getSize();
    //判断堆栈是否为空
    public boolean isEmpty();
    //数据元素 e 入栈
    public void push(Object e);
    //栈顶元素出栈
    public Object pop() throws StackEmptyException;
    //取栈顶元素
    public Object peek() throws StackEmptyException;
}

 

 

顺序存储结构实现

 　　顺序栈是使用顺序存储结构实现的堆栈，即利用一组地址连续的存储单元依次存放堆栈

中的数据元素。由于堆栈是一种特殊的线性表，因此在线性表的顺序存储结构的基础上，选
择线性表的一端作为栈顶即可。根据数组操作的特性，选择数组下标大的一端，即线性表顺
序存储的表尾来作为栈顶，此时入栈、出栈等操作可以在Ο(1)时间完成。
由于堆栈的操作都在栈顶完成，因此在顺序栈的实现中需要附设一个指针 top 来动态的
指示栈顶元素在数组中的位置。通常 top 可以用栈顶元素所在数组下标来表示，top= -1 时表
示空栈。
　　堆栈在使用过程中所需的最大空间很难估计，因此，一般来说在构造堆栈时不应设定堆
栈的最大容量。一种合理的做法和线性表的实现类似，先为堆栈分配一个基本容量，然后在
实际的使用过程中，当堆栈的空间不够时再倍增存储空间，这个过程所需的时间均摊到每个
数据元素时间为Θ(1)，不会影响操作实现的时间复杂度

 

public class StackArray implements Stack {
    private final int LEN = 8;    //数组默认大小
    private Object[] elements;  //数据元素数组
    private int top;            //栈顶指针

    public StackArray() {
        top = -1;
        elements = new Object[LEN];
    }

    //返回堆栈大小
    @Override
    public int getSize() {
        return top + 1;
    }

    //判断堆栈是否为空
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return top < 0;
    }

    /**
     *对元素入栈
     */
    @Override
    public void push(Object e) {
        if (getSize()>=elements.length){
            expandSpace();
            elements[++top]=e;
        }
    }

    private void expandSpace() {
        Object[] a = new Object[elements.length*2];
        for (int i=0; i<elements.length; i++)
            a[i] = elements[i];
        elements = a;
    }

    /**
     *栈顶元素出栈
     */
    @Override
    public Object pop() throws StackEmptyException {
        if (getSize()<1){
            throw new StackEmptyException("错误，堆栈为空");
        }
        Object obj = elements[top];
        elements[top--]=null;
        return obj;
    }

    @Override
    public Object peek() throws StackEmptyException {
        if (getSize()<1)
            throw new StackEmptyException("错误，堆栈为空。");
        return elements[top];
    }
}

 

 

 

 

 

 栈的链式存储实现

 

 　　链栈即采用链表作为存储结构实现的栈。当采用单链表存储线性表后，根据单链表的操

作特性选择单链表的头部作为栈顶，此时，入栈、出栈等操作可以在Ο(1)内完成。由于堆
栈的操作只在线性表的一端进行，在这里使用带头结点的单链表或不带头结点的单链表都可
以。使用带头结点的单链表时，结点的插入和删除都在头结点之后进行；使用不带头结点的
单链表时，结点的插入和删除都在链表的首结点上进行

 

ublic class StackSLinked implements Stack {
    private SLNode top; //链表首节点引用
    private int size;

    public StackSLinked() {
        top=null;
        size=0;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size==0;
    }

    @Override
    public void push(Object e) {
        SLNode q=new SLNode(e,top);
        top=q;
        size++;
    }

    @Override
    public Object pop() throws StackEmptyException {
        if (size<1){
            throw  new StackEmptyException("错误，堆栈为空");
        }
        Object obj = top.getData();
        top=top.getNext();
        size--;
        return obj;
    }

    @Override
    public Object peek() throws StackEmptyException {
        if (size<1){
            throw  new StackEmptyException("错误，堆栈为空");
        }
        Object obj = top.getData();
        return obj;
    }
}