Java 栈(Stack) & 队列(Queue)

1. 栈 (Stack)

1.1 概念

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO （ Last In First Out ）的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈 / 压栈 / 入栈， 入数据在栈顶 。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。 出数据在栈顶。

1.2 实现

1. 利用顺序表实现，即使用尾插 + 尾删的方式实现

2. 利用链表实现，则头尾皆可

相对来说，顺序表的实现上要更为简单一些，所以我们优先用顺序表实现栈。

基于数组的顺序栈，实现代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.NoSuchElementException;

/**
 * 基于数组的顺序栈实现
 * @param <E>
 */
public class MyStack<E> {
    // 当前栈的数据个数
    private int size;
    // 实际存储数据的动态数组 - ArrayList
    private List<E> data=new ArrayList<>();

    //入栈
    public void push(E val){
        //尾插
        data.add(val);
        size++;
    }

    //出栈，并返回栈顶元素
    public E pop(){
        if(isEmpty()){
            // 栈为空，没有栈顶元素
            throw new NoSuchElementException("stack is empty! cannot pop!");
        }
        // 删除栈顶元素
        E val = data.remove(size - 1);
        size --;
        return val;
        // 等同于 return data.remove(--size);
    }

    //只返回栈顶元素
    public E peek(){
        if(isEmpty()){
            // 栈为空，没有栈顶元素
            throw new NoSuchElementException("stack is empty! cannot peek!");
        }
        return data.get(size-1);
    }

    //判断栈是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("[");
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            sb.append(data.get(i));
            if(i!=size-1){
                // 此时还没到栈顶，还没到数组末尾
                sb.append(",");
            }
        }
        sb.append("]");
        return sb.toString();
    }
}

引用方法如下：

public class StackTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyStack<Integer> stack=new MyStack<>();
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        //打印栈所有元素
        System.out.println(stack);
        //打印栈顶元素
        System.out.println(stack.peek());
        //出栈，并打印栈顶元素
        stack.pop();
        System.out.println(stack);
    }
}

依据以上输入结果如下：

2. 队列 (Queue)

2.1 概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear）出队列：进行删除操作的一端称为队头

先进先出

2.2 实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

基于链表实现的基础队列，实现代码如下：

接口类：

public interface IQueue<E> {
    // 入队
    void offer(E val);
    //出队
    E poll();
    //返回队首元素
    E peek();
    //判断队列是否为空
    boolean isEmpty();
}

队列类：

import stack_queue.queue.IQueue;

import java.util.NoSuchElementException;

/**
 * 基于链表实现的基础队列
 * @param <E>
 */
public class MyQueue<E> implements IQueue<E> {
    // 链表的每个节点
    private class Node{
        E val;
        Node next;

        public Node(E val){
            this.val=val;
        }
    }

    // 当前队列中的元素个数
    private int size;
    // 队首
    private Node head;
    //队尾
    private Node tail;

    @Override
    public void offer(E val) {
        Node node=new Node(val);
        if(head==null){
            // 此时链表为空
            head=tail=node;
        }else {
            tail.next=node;
            tail=node;
        }
        size++;
    }

    @Override
    public E poll() {
        if(isEmpty()){
            throw new NoSuchElementException("queue is empty! cannot poll");
        }
        Node node=head;
        head=node.next;
        // 将原来头节点脱钩
        node.next=null;
        size--;
        return node.val;
    }

    @Override
    public E peek() {
        if(isEmpty()){
            throw new NoSuchElementException("queue is empty! cannot peek");
        }
        return head.val;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("[");
        // 链表的遍历
        for(Node x=head;x!=null;x=x.next){
            sb.append(x.val);
            if(x.next!=null){
                // 还没走到链表尾部
                sb.append(",");
            }
        }
        sb.append("]");
        return sb.toString();
    }
}

引用方法如下：

import stack_queue.queue.impl.MyQueue;

public class QueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        IQueue iQueue=new MyQueue();
        iQueue.offer(1);
        iQueue.offer(2);
        iQueue.offer(3);

        System.out.println(iQueue);
        System.out.println(iQueue.peek());
        iQueue.poll();
        System.out.println(iQueue);
    }
}

依据以上输入结果如下：

Java 栈(Stack) & 队列(Queue)

猜你喜欢