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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);}}
}
- 定义一个泛型类MyStack,其中T表示栈中元素的类型。
- 定义一个私有对象数组stack,用于存储栈中的元素。
- 定义一个私有整数变量top,表示栈顶元素的索引。
- 定义一个无参构造函数,初始化stack数组的大小为10。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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