如何基于链表与数组实现栈

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如何基于链表与数组实现栈

这里写目录标题

• 栈的基础知识
• 基于数组实现栈
• 基于链表实现栈

栈的基础知识

栈，又名堆栈，是一种受限的线性表，这意味着该线性表只能在一段进行插入或删除操作。具体来说，栈顶是允许进行插入或删除操作的一端，而相对的另一端被称为栈底。

栈的主要特性为“后进先出”，也就是说最后存入的元素将最先被取出。这种特性也可以理解为“先进后出”，即最早存入的元素最后才能被取出。

栈的操作主要有两种：入栈和出栈。入栈是将元素放入栈顶，而出栈则是将栈顶元素移除。例如，你可以把往柜子里放东西的过程比作入栈，从柜子里取东西的过程则可比作出栈。

基于数组实现栈

数组是一种具有连续内存空间的数据结构，我们可以使用数组来实现栈。
采用数组实现栈，我们先来看一下过程：
入栈过程：

出栈过程：

class MyStack<T> {private Object[] stack;//栈顶元素private int top;MyStack() {stack = new Object[10];}//判断是否为空public boolean isEmpty() {return top == 0;}//返回栈顶元素public T peek() {if (top > 0) {return (T) stack[top - 1];}return null;}//入栈public void push(T t) {expandCapacity(top + 1);stack[top++] = t;}//出栈public T pop() {T t = null;if (top > 0) {t = (T) stack[top - 1];stack[top - 1] = null;top--;return t;}return t;}public void expandCapacity(int size) {int len = stack.length;if (size > len) {//扩容50%size = size * 3 / 2 + 1;stack = Arrays.copyOf(stack, size);}}
}

1. 定义一个泛型类MyStack，其中T表示栈中元素的类型。
2. 定义一个私有对象数组stack，用于存储栈中的元素。
3. 定义一个私有整数变量top，表示栈顶元素的索引。
4. 定义一个无参构造函数，初始化stack数组的大小为10。
5. 定义一个isEmpty()方法，判断栈是否为空，如果top等于0，则返回true，否则返回false。
6. 定义一个peek()方法，返回栈顶元素。如果栈不为空，则返回栈顶元素，否则返回null。
7. 定义一个push(T t)方法，将元素t压入栈中。首先调用expandCapacity(top+1)方法扩容，然后将元素t存入栈顶，最后将top加1。
8. 定义一个pop()方法，从栈中弹出元素。如果栈不为空，则将栈顶元素赋值给变量t，将栈顶元素置为null，将top减1，然后返回变量t。如果栈为空，则直接返回null。
9. 定义一个expandCapacity(int size)方法，用于扩容。如果传入的参数size大于当前数组的长度，则将数组长度扩大到原来的50%，并将原数组的元素复制到新数组中。
   我们测试一下我们的方法正不正确：

public class test1 {public static void main(String[] args) {MyStack<String> myStack = new MyStack<>();System.out.println(myStack.peek());System.out.println(myStack.isEmpty());myStack.push("1");myStack.push("2");myStack.push("3");System.out.println(myStack.pop());System.out.println(myStack.isEmpty());System.out.println(myStack.peek());}
}

基于链表实现栈

链表是一种常见的数据结构，它由多个结点组成，每个结点包含一个数据元素和一个指向下一个结点的指针。我们可以使用链表来实现栈。

class ListStack<T> {class Node<T> {public T t;public Node next;}public Node<T> head;ListStack() {head = null;}//入栈public void push(T t) {if (t == null) {throw new NullPointerException("参数错误异常");}if (head == null) {head = new Node<>();head.t = t;head.next = null;} else {Node<T> temp = head;head = new Node<>();head.t = t;head.next = temp;}}//出栈public T pop() {if (head == null) {return null;}T t = head.t;head = head.next;return t;}//取栈顶元素public T peek() {if (head == null) {return null;} else {return head.t;}}//判断栈是否为空public boolean isEmpty() {return head == null;}
}

在ListStack类中，定义了一个内部类Node，表示栈中的节点。每个节点包含两个属性：t表示节点存储的元素，next表示指向下一个节点的引用。
ListStack类还包含以下方法：

1. push(T t)：将元素t压入栈顶。如果t为null，则抛出异常。如果栈为空，则创建一个新的节点作为栈顶；否则，创建一个新的节点并将其插入到栈顶。
2. pop()：从栈顶弹出元素并返回。如果栈为空，则返回null。否则，返回栈顶元素的值，并将栈顶指针指向下一个节点。
3. peek()：获取栈顶元素但不弹出。如果栈为空，则返回null。否则，返回栈顶元素的值。
4. isEmpty()：判断栈是否为空。如果栈顶指针为null，则返回true；否则返回false。
   我们依旧写一个测试方法测试一下我们的方法正不正确：

public class test2 {public static void main(String[] args) {ListStack<Object> listStack = new ListStack<>();System.out.println(listStack.peek());System.out.println(listStack.isEmpty());listStack.push("1");listStack.push("2");listStack.push("3");listStack.push("4");System.out.println(listStack.peek());System.out.println(listStack.isEmpty());}
}

总结：链表和数组都可以用来实现栈。链表基于指针的指向实现栈的操作，具有动态增加和删除元素的能力，但需要更多的内存空间。数组基于连续的内存空间实现栈的操作，具有更高的存取效率，但缺乏动态增加和删除元素的能力。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的实现方式。