数据结构 -- 栈（Stack）

Posted 2020-11-30 fondwang

一、栈的简介

定义

　　栈（英语：stack）又称为堆栈或堆叠，栈作为一种数据结构，它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。

　　由于堆叠数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO == Last In First Out）的原理运作。栈也称为后进先出表

栈的应用场景

　　undo操作（撤销）

　　　　例如：将操作的每组数据存入栈中，如果想要撤销，只需要弹出栈顶元素，就可以恢复上一步操作了。

　　程序调用的系统栈

　　　　例如：A方法调用B方法得到返回值，B调用C得到返回值，A操作走到了B方法，这个时候可以将A的代码位置存储到栈中，然后走到B方法，B操作走到了C方法，这个时候可以将B的代码位置存储到栈中。最后C执行完成，根据栈的结构开始弹出数据，一步一步再走回A方法。

　　判断括号是否有效。下文会有代码实现（详细规则描述可以参考leetcode第20题）

　　　　开括号必须用同一类型的括号闭合。

　　　　开方括号必须按正确顺序闭合。

　　　　例如：正确的:{[()]} {()} 等 。错误的：[{(})] [}{()] 等。

　　自定义栈基类的代码实现

　　　　栈在java.util有一个工具类，先不用，自定义实现一个

二、自定义栈-代码

 1. 创建一个接口，统一规范栈的实现

public interface Stack<E>{
      // 向栈插入元素
      public void push(E e);

      //取出最上面的元素，并且返回
      public E pop();

      //获取栈的大小
      public int getSize();

      //判断栈是否为空
      public boolean isEmpty();

      //获取栈最上面的元素
      public E peek();
}

2. 基于数组实现栈

import com.wj.queue.ArrayUtil;
//数组实现栈
public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {

    private Array<E> array; //Array：https://www.cnblogs.com/FondWang/p/11806545.html

    public ArrayStack(int capacity){
        array = new ArrayUtil<>(capacity);
    }

    public ArrayStack(){
        array = new Array<E>();
    }
    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }

    @Override
    public void push(E o) {
        array.addFirst(o);
    }

    @Override
    public E pop() {
        return array.removeFirst();
    }

    @Override
    public E peek() {
        return array.getFirst();
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("Stack: ");
        stringBuilder.append(‘[‘);
        for (int i = 0; i<array.getSize(); i++){
            stringBuilder.append(array.get(i));
            if (i != array.getSize()-1){
                stringBuilder.append(",");
            }
        }
        stringBuilder.append("] top");
        return stringBuilder.toString();
    }
}

测试代码

public class StackTest {

　　public static void main(String[] args) {
    　　ArrayStack<Integer> arrayStack = new ArrayStack();
    　　for (int i=0; i< 10; i++){
       　　 arrayStack.push(i);
       　　 System.out.println(arrayStack);
    　　}
    　　Integer pop = arrayStack.pop();
    　　System.out.println("移除的内容是：" + pop);
    　　System.out.println("移除后的arrayStack： " + arrayStack);
　　}
}

//测试结果
Stack: [0] top
Stack: [1,0] top
Stack: [2,1,0] top
Stack: [3,2,1,0] top
Stack: [4,3,2,1,0] top
Stack: [5,4,3,2,1,0] top
Stack: [6,5,4,3,2,1,0] top
Stack: [7,6,5,4,3,2,1,0] top
Stack: [8,7,6,5,4,3,2,1,0] top
Stack: [9,8,7,6,5,4,3,2,1,0] top
移除的内容是：9
移除后的arrayStack： Stack: [8,7,6,5,4,3,2,1,0] top

相关栈的应用代码

leetCode第20题，花括号正确闭合

思路：

• 根据栈的数据结构特点，我们可以先将所有左括号‘[{(’放进栈中，然后判断当前字符如果是‘)]}’这种的右括号，但是栈顶的括号却不匹配，返回false
• 注意控制判断
• 这里使用java自带的栈工具类来实现

代码实现：

public class Solution {
    public static void main(String[] args) {
        Solution solution = new Solution();
        System.out.println(solution.isValid("{[]()}"));
    }
    public boolean isValid(String s) {
        Stack<Character> characters = new Stack<>();
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if (c == ‘{‘ || c == ‘[‘ || c == ‘(‘) {
                characters.push(c);
            } else {
                if(characters.isEmpty()){
                    return false;
                }
                Character peek = characters.pop();
                switch (c) {
                    case ‘}‘:
                        if (!peek.equals(‘{‘)) {
                            return false;
                        }
                        continue;
                    case ‘]‘:
                        if (!peek.equals(‘[‘)) {
                            return false;
                        }
                        continue;
                    case ‘)‘:
                        if (!peek.equals(‘(‘)) {
                            return false;
                        }
                        continue;
                }
            }
        }
        return characters.isEmpty();
    }
}

//测试结果
true
//若输入solution.isValid("{[)}") 返回false