Java数据结构和算法（六）——栈

基本概念

栈（英语：stack）又称为堆栈或堆叠，栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。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）。栈具有记忆作用，对栈的插入与删除操作中，不需要改变栈底指针。
栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top)，另一端为栈底(bottom)；栈底固定，而栈顶浮动；栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为进栈（PUSH），删除则称为退栈（POP）。

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Java模拟简单的顺序栈实现

package com.lwl.stack;
/**
 * 
 * @author liuweilong
 *
 */
public class MyStack {
    //存储元素的数组,声明为Object类型能存储任意类型的数据
    private int[] array;
    //栈大小
    private int maxSize;
    //指向栈顶的指针
    private int top;

    public MyStack(int size){
        this.maxSize = size;
        array = new int[size];
        top = -1;
    }

    //压入数据
    public void push(int value){
        if(top < maxSize-1){
            array[++top] = value;
        }
    }

    //弹出栈顶数据
    public int pop(){
        return array[top--];
    }

    //访问栈顶数据
    public int peek(){
        return array[top];
    }

    //判断栈是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }

    //判断栈是否满了
    public boolean isFull(){
        return (top == maxSize-1);
    }


}

产生的问题：

①、上面栈的实现初始化容量之后，后面是不能进行扩容的（虽然栈不是用来存储大量数据的），如果说后期数据量超过初始容量之后怎么办？（自动扩容）
②、我们是用数组实现栈，在定义数组类型的时候，也就规定了存储在栈中的数据类型，那么同一个栈能不能存储不同类型的数据呢？（声明为Object）
③、栈需要初始化容量，而且数组实现的栈元素都是连续存储的，那么能不能不初始化容量呢？（改为由链表实现）

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增强功能版栈

对于上面出现的问题，第一个能自动扩容，第二个能存储各种不同类型的数据，解决办法如下：（第三个在讲链表的时候在介绍）
这个模拟的栈在JDK源码中，大家可以参考 Stack 类的实现。

package com.lwl.stack;

import java.util.Arrays;
import java.util.EmptyStackException;
/**
 * 
 * @author liuweilong
 *
 */
public class ArrayStack {
    //存储元素的数组,声明为Object类型能存储任意类型的数据
    private Object[] elementData;
    //指向栈顶的指针
    private int top;
    //栈的最大容量值
    private int size;


    //默认构造一个容量为10的栈
    public ArrayStack(){
        this.elementData = new Object[10];
        this.top = -1;
        this.size = 10;
    }

    public ArrayStack(int initialCapacity){
        if(initialCapacity < 0){
            throw new IllegalArgumentException("栈初始容量不能小于0: "+initialCapacity);
        }
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        this.top = -1;
        this.size = initialCapacity;
    }


    //压入元素
    public Object push(Object item){
        //是否需要扩容
        isGrow(top+1);
        elementData[++top] = item;
        return item;
    }

    //弹出栈顶元素
    public Object pop(){
        Object obj = peek();
        remove(top);
        return obj;
    }

    //获取栈顶元素
    public Object peek(){
        if(top == -1){
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elementData[top];
    }
    //判断栈是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }

    //删除栈顶元素
    public void remove(int top){
        //栈顶元素置为null
        elementData[top] = null;
        this.top--;
    }

    /**
     * 是否需要扩容，如果需要，则扩大一倍并返回true，不需要则返回false
     * @param minCapacity
     * @return
     */
    public boolean isGrow(int minCapacity){
        int oldCapacity = size;
        //如果当前元素压入栈之后总容量大于前面定义的容量，则需要扩容
        if(minCapacity >= oldCapacity){
            //定义扩大之后栈的总容量
            int newCapacity = 0;
            //栈容量扩大两倍(左移一位)看是否超过int类型所表示的最大范围
            if((oldCapacity<<1) - Integer.MAX_VALUE >0){
                newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
            }else{
                newCapacity = (oldCapacity<<1);//左移一位，相当于*2
            }
            this.size = newCapacity;
            int[] newArray = new int[size];
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }



}

利用栈实现字符串逆序

package com.lwl.stack;

import org.junit.Test;
/**
 * 字符串反转
 * @author liuweilong
 *
 */
public class ReverseString {
    public static void main(String[] args) {
        testStringReversal();
    }
    //进行字符串反转
    @Test
    public static void testStringReversal(){
        ArrayStack stack = new ArrayStack();
        String str = "how are you";
        char [] ch= str.toCharArray();
        for (char c : ch) {
            stack.push(c);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
              System.out.print(stack.pop());

        }


    }
}