如何基于链表与数组实现栈

news2024/11/26 4:48:58

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：
在这里插入图片描述
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());
    }
}

在这里插入图片描述

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());
    }
}