数据结构与算法（七）--使用链表实现栈

news2024/12/24 20:43:13

一、前言

之前我们已经学习了链表的所有操作及其时间复杂度分析，我们可以了解到对于链表头的相关操作基本都是O(1)的，例如链表头增加、删除元素，查询元素等等。那我们其实有一个数据结构其实可以完美利用到这些操作的特点，都是在某一段进行操作，那就是栈。本章我们通过链表去实现栈。并且比较用数组实现和用链表实现他们之间的差异。

二、用链表实现栈

2.1、代码实现

那么通过链表实现栈就很简单了，我们知道入栈和出栈都是从链表的同一端进行操作，那么我们只需调用链表的addFirst/removeFirst的方法即可，查找同理。
首先我们将链表栈命名为LinkedListStack,并且实现我们Stack的抽象类，然后设置一个内部属性为我们之前实现的链表，通过该链表完成实现需要重写的方法即可，代码如下：

public class LinkedListStack<T> implements Stack<T> {
	private LinkedList<T> linkedList;

	public LinkedListStack() {
		this.linkedList = new LinkedList<>();
	}

	@Override
	public int getSize() {
		return linkedList.getSize();
	}

	@Override
	public boolean isEmpty() {
		return linkedList.isEmpty();
	}

	@Override
	public void push(T t) {
		linkedList.addFirst(t);
	}

	@Override
	public T pop() {
		return linkedList.removeFirst();
	}

	@Override
	public T peek() {
		return linkedList.getFirst();
	}

	@Override
	public String toString() {
		StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
		stringBuilder.append("Stack: top ");
		stringBuilder.append(linkedList);
		return stringBuilder.toString();
	}
}

测试一下：

public static void main(String[] args) {
		LinkedListStack<Integer> integerArrayStack = new LinkedListStack<>();
		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			integerArrayStack.push(i);
			System.out.println(integerArrayStack);
		}
		integerArrayStack.pop();
		System.out.println(integerArrayStack);
	}

结果没有问题，通过链表实现栈就这样简单的实现了。
在这里插入图片描述

2.2、和数组栈比较性能

这个代码和之前数组队列和循环队列效率的对比很接近：

public class TestStackCompare {
	private static double testQueue(Stack<Integer> s, int opCount){
		long startTime = System.currentTimeMillis();
		Random random = new Random();
		for (int i = 0; i < opCount; i++) {
			s.push(random.nextInt(Integer.MAX_VALUE));
		}
		for (int i = 0; i < opCount; i++) {
			s.pop();
		}
		long endTime = System.currentTimeMillis();
		return (endTime - startTime)/1000.0;
	}

	public static void main(String[] args) {
		ArrayStack<Integer> integerArrayStack = new ArrayStack<>();
		LinkedListStack<Integer> integerLinkedListStack = new LinkedListStack<>();
		System.out.println("arrayStack,time:"+testQueue(integerArrayStack,1000000)+"s");
		System.out.println("linkedListStack,time:"+testQueue(integerLinkedListStack,1000000)+"s");
	}
}

那么我们运行下，发现两者效率近乎一致：
在这里插入图片描述
当然也有可能得到的结果是有差距的，对于arrayStack来说，时不时就需要扩容，这个对于某些操作系统来说比较耗费时间，而对于linkedListStack来说，它每次new Node就需要不断的开辟空间，这个操作又对于某些操作系统来说更耗费时间；而且这两者的差距会随着操作次数的增多不断拉大，因为扩容并不是每次扩容，而new Node确实是需要每次都new一个，例如我将操作次数放大为10000000次，这个时候两者的时间差距就比较大了：
在这里插入图片描述