3.1_栈和队列_栈

Posted 2020-08-20 HigginCui

【栈的定义】

栈（stack）是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。

栈又称为后进先出（Last In First Out）线性表，简称LIFO结构。

（PS：定义中的表尾是指 栈顶！）

 

【几个关键词 】

[ 栈顶(top) ]

允许插入和删除的一端称为 栈顶。

[ 栈底(bottom) ]

栈顶的另一端称为 栈底。

[ 空栈 ]

不含任何数据元素的栈。

 

【栈的插入操作——进栈（push）】

　　栈的插入操作，叫做进栈，也称为压栈、入栈。

 

【栈的删除操作——出栈（pop）】

　　栈的删除操作，叫做出栈，也称为弹栈。

       

 

【进栈出栈的变化形式】

如果3个整数1,2,3依次入栈，会有哪些出栈次序？

第一种：1-2-3进栈，即3-2-1出栈。

第二种：1进，1出，2斤，2出，3进，3出，进一个出一个，即1-2-3出栈。

第三种：1进，2进，2出，1出，3进，3出，即2-1-3出栈。

第四种：1进，1出，2进，3进，3出，2出，即1-3-2出栈。

第四种：1进，2进，2出，3进，3出，2出，即2-3-1出栈

 

【栈的抽象数据类型】

ADT 栈（stack）
Data
    同线性表。元素具有相同的类型，相邻元素具有前驱和后继关系。
Operation
    InitStack(*S)    初始化操作，建立一个空栈S
    DestoryStack(*S) 若栈存在，则销毁它
    ClearStack(*S)   将栈清空
    StackEmpty(S)    若栈为空，返回true，否则返回false。
    GetTop(S,*e)     若栈S存在且非空，用e返回S的栈顶元素。
    Push(*S,e)       若栈S存在，插入新元素e到栈S中并成为栈顶元素。
    Pop(*S,*e)       删除栈S中栈顶元素，并用e返回其值。
    StackLength(S)   返回栈S的元素个数。
endADT

 

【自定义的栈MyStack.java】

package com.Higgin.Stack;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.EmptyStackException;

public class MyStack {
    protected Object[] elementData; //栈中具体的对象数组
    protected int elementCount;     //栈顶指针
    protected int capacityIncrement;//当栈满了，每次增长栈的容量 
    
    public MyStack(int initialCapacity,int capacityIncrement){
        if(initialCapacity<0){   //如果初始化栈的容量小于0，抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
        }
        this.elementData=new Object[initialCapacity];
        this.capacityIncrement=capacityIncrement;
    }
    
    public MyStack(int initialCapacity){
        this(initialCapacity,0);  //默认增长的容量为0
    }
    
    public MyStack(){
        this(10); //默认初始栈的容量为10
    }
    
    /**
     * 返回栈中的已存的元素个数
     */
    public int size(){
        return elementCount;
    }
    
    /**
     *  判断是否为空栈
     */
    public boolean empty(){
        return size()==0;
    }
    
    /**
     * 进栈
     */
    public Object push(Object obj){
        if((elementCount+1)>elementData.length){  //如果再添加一个对象，导致溢出，则扩容（若不想扩容直接抛出异常即可）
            grow(elementCount+1); //扩容
        }
        elementData[elementCount++]=obj;
        return obj;
    }
    
    /**
     * 查看栈顶部的元素，但不从栈中移除它
     */
    public Object peek(){
        int len=size();
        if(len==0){
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elementData[len-1];
    }
    
    /**
     * 出栈
     */
    public Object pop(){
        Object obj=peek();  //获取栈顶的对象，里面包含了判断栈是否为空的判断
        elementCount--;
        elementData[elementCount]=null;
        return obj;
    }
    
    /**
     * 查找对象的位置
     */
    public int search(Object obj){
        if(size()==0){   //如果是空栈，直接不找
            throw new EmptyStackException();
        }
        int i=lastIndexOf(obj);
        if(i>=0){
            return size()-i;
        }
        return -1;
    }
    
    /**
     *  扩容
     * （如果再存入数据时，容量不够，就进行扩容）
     */
    public void grow(int minCapacity){   //扩容方法
        int oldCapacity=elementData.length;   //原来的容量
        int newCapacity=oldCapacity+((capacityIncrement>0)?capacityIncrement:oldCapacity);   //增长后的新容量：设置过就为 老容量+设置值 ，否则就直接翻倍 
        if(newCapacity<minCapacity){   //如果新增后的容量依然过小，直接把当前值指针的值传过来（这个应该是容量过大的时候）
            newCapacity=minCapacity;
        }
        if(newCapacity-Integer.MAX_VALUE>8){   
            if(minCapacity<0){  //说明都溢出了
                throw new OutOfMemoryError();   //直接抛出错误
            }
            newCapacity=(minCapacity>(Integer.MAX_VALUE-8)?Integer.MAX_VALUE:(Integer.MAX_VALUE-8));
        }
        elementData=Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  //扩容后的elementData
    }
    
    /**
     * 找出obj对象在 elementData[i]中最后的位置，对于栈而言，其实是离栈顶最近的位置
     */
    public int lastIndexOf(Object obj){
        if(obj==null){
            for(int i=elementCount-1;i>=0;i--){
                if(elementData[i]==null){
                    return i;
                }
            }
        }else{
            for(int i=elementCount-1;i>=0;i--){
                if(obj.equals(elementData[i])){
                    return i;
                }
            }
        }
        return -1;
    }
}

 

【测试】

package com.Higgin.Stack;

import org.junit.Test;

public class TestMyStack {
    @Test
    public void test1(){
        MyStack ms=new MyStack();
        System.out.println("是否为空==="+ms.empty());                  //true
        ms.push(11);
        ms.push(22);
        ms.push(33);
        System.out.println("最近一次添加的是33==="+ms.peek());          //33
        ms.push(44); 
        ms.push(55);
        System.out.println("最近一次添加的是55==="+ms.peek());          //55
        System.out.println("寻找22的位置==="+ms.search(22));           //4
        System.out.println("寻找55的位置==="+ms.search(55));           //1
        System.out.println("寻找99的位置(不存在)==="+ms.search(99));    //-1
        ms.pop(); 
        System.out.println("执行了一次pop，栈顶的元素==="+ms.peek());    //44
        System.out.println("栈移除了之后的长度为===="+ms.size());        //4
        
    }
}

【运行结果】