目录

1，栈（Stack）

1.1 概念

1.2 栈的使用

1.3 栈的模拟实现

1.4 栈的应用场景

1.5 概念区分

1.6  使用链表来实现栈

2， 队列(Queue)

2.1 概念

2.2 队列的使用

2.3 队列模拟实现

3，双端队列 (Deque)

4，面试题

4.1 用队列实现栈

4.2 用栈实现队列

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1，栈（Stack）

1.1 概念

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据在栈顶。

1.2 栈的使用

push（）：叫做压栈，往栈里面放元素

查看push源代码，是有返回值的，他的返回值代表入栈的元素

pop（）：叫做出栈，弹出栈顶元素

此时就弹出了56

我们查看pop的源代码，他的返回值代表出栈的元素

peek（）：获取栈顶元素，但是不删除

源码：

empty（）：检测栈是否为空

源码：

stack可以调用empty可以理解，为什么可以调用isEmpty，Stack里面并没有这个方法呀！！

观察到Stack继承了Vector，isEmpty方法在Vector这个类当中，所以也继承了Vector类当中的方法

1.3 栈的模拟实现

创建一个类，叫做MyStack，自己来实现一个栈

那怎么来表示这个栈呢？

可以用一个数组来表示，每次往数组的最后一个存储元素，删也是删最后一个

1，push

怎么来放呢，就可以用到前面讲过的，定义一个usedSize来记录元素个数，并在对应位置存放元素，usedSize为0，在0下标存放一个元素，记录这个元素（usedSize++），在存放usedSize++下标位置的元素，再次记录这个元素（usedSize++），依次进行！！！

还要考虑数组满了的情况，对其进行扩容！

2，pop    弹出一个元素

首先如果是空的，就不能弹出元素，可以抛一个异常

可以发现，当usedSize为4的时候，我们需要弹出3下标的元素，即弹出elem[ usedSize -1 ]即可

3，peek   获取栈顶元素

这就是我们自己实现的一个栈。

可以将这个自己实现的栈变成泛型：

1.4 栈的应用场景

1，改变元素的序列

2，将递归转化为循环（一般情况下会用栈）

比如：逆序打印链表

非递归实现：就可以申请一个栈，这个栈里面就去放节点，然后进行出栈打印，即为逆序打印

3，括号匹配

描述：给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

1. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
2. 左括号必须以正确的顺序闭合。
3. 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

在括号匹配的时候，一定是最后一个左括号和第一个右括号是否匹配，如何找到最后一个左括号呢？使用栈来完成。

情况一：如果是在括号匹配的时候，申请一个栈，定义一个 i 下标来遍历字符串。遇到一个左括号把这个左括号放到栈里面，i++，又遇到一个左括号放到栈里面，当遇到右括号的时候，就和当前的栈顶元素去匹配。当遇到右括号时，让当前的这个右括号与栈顶元素进行匹配，匹配成功，就让当前栈顶元素进行出栈，i++，再去判断右括号与当前栈顶元素是否匹配，匹配成功，就让当前栈顶元素进行出栈。即括号是匹配的情况下，最后栈为空且字符串以遍历完成。

情况二：如果不匹配，同上只要是左括号都放到栈里面，当遇到右括号时，与栈顶元素不匹配，返回false

情况三：字符串还没有遍历完，栈已经空了的情况。如下面这种，左括号放到栈里面，当遇到右括号时，与栈顶元素匹配，但是 i 没有遍历完，栈已经空了

情况四：左括号放到栈里面，遇到右括号时，与栈顶元素进行匹配，弹出栈顶元素后，i 已经遍历完了，但是栈里面还有元素

4，逆波兰表达式求值

逆波兰表达式又叫做后缀表达式（将运算符写在操作数之后）

例如：

中缀表达式（平常所看到的表达式）：2+（3*5）

对应的后缀表达式：235*+

推导：

运算：

题目描述：

示例：

给的是一个字符串数组，放到栈里面的应该是整型，所以要将数字字符转为整型。

所以可以写一个方法，判断拿到这个字符串是否为运算符

5，栈的压入，弹出序列 （上面第一题）

描述：输入两个整数序列，第一个序列表示栈的压入顺序，请判断第二个序列是否可能为该栈的弹出顺序。假设压入栈的所有数字均不相等。例如序列1,2,3,4,5是某栈的压入顺序，序列4,5,3,2,1是该压栈序列对应的一个弹出序列，但4,3,5,1,2就不可能是该压栈序列的弹出序列。

6，最小栈

描述：设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

在常数时间内（时间复杂度为O（1））检索到最小值，一个栈是不能完成的，需要申请两个栈，一个普通栈，一个最小栈。

那如何能拿到一个最小栈呢？

1.5 概念区分

栈、虚拟机栈、栈帧有什么区别呢？

栈是一种数据结构。

虚拟机栈：如定义的局部变量就存于虚拟机栈当中。

栈帧：调用方法的时候为他开辟的一块内存。

至此：刚刚实现的栈或者说Java集合类的Stack底层是一个数组。这种栈叫做顺序栈！！！

1.6  使用链表来实现栈

首先栈遵循后进先出的原则，并且时间复杂度为O(1)

如果是单链表，那么入栈和出栈最好从链表头进行入栈和出栈。

相反如果链表的尾部进行出栈入栈时间复杂度为O(N)。

如果是双向链表来实现栈，那么复杂度均是O(1)，如果以后要用到链式栈，使用双向链表会更好！

那么就可以直接当栈来使用。

为什么会报错？因为List这个接口没有实现push这个方法，要用LinkedList来引用这个对象。

这样就可以直接使用了，我们查看push，pop的源码。源码里面采用的是头插和头删！

所以可以拿数组实现栈，也可以拿链表实现栈。

如果要用数组实现的栈就用Stack这个类。

要用链式栈，使用LinkedList引用，或者Deque（叫做双端队列，下面会讲到）引用就可以当中栈来使用。

2， 队列(Queue)

2.1 概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear） 出队列：进行删除操作的一端称为队头 （Head/Front）

例如：食堂打饭排队，先排队的先打饭

2.2 队列的使用

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

三个红色框框为一组，三个绿色框框为一组，两组从结果上来说没有什么区别。

要看他们的区别，如add和offer都是入队操作。

add和offer都是向队列中添加一个元素，一些队列有大小限制，因此如果想在一个满的队列中加入一个新项：

• add：此时调用 add() 方法就会抛出一个 unchecked 异常
• offer：此时调用 offer() 方法会返回 false，可以在程序中进行有效的判断。

2.3 队列模拟实现

1，用链表来实现（源码里面用的链式实现）

首先队列遵循先进先出的原则，那么入队就可以从尾巴入，出队就可以从头部出

也可以入队从头部入，出队从尾巴出

我们可查看源码的offer：调用了add方法               进入add方法：源码实现的是尾插法

模拟实现Queue

2，用数组来实现队列

首先对头叫做first，队尾叫做last。

此时last遍历完了，数组满了

假设现在对头可以出，出掉12 23，那么我的对头为34。但是此时0，1下标还可以放元素，数组并没有满！！！

我们在数组满的时候让last指向first。可能first和last相遇代表数组为空，不管空还是满（后面解决），先让last走回来，此时就可以再次存放元素了。

那么这个数组就不是简单的数组了，这个数组循环利用了，把这个队列叫做循环队列。

相当于把这个数组卷起来！！！ 现在这个数组是这个样子。

开始存放元素：

满或者空也不一定是在0位置，有可能last在7的时候first就进行出，一直出就可能是在7位置相遇。也可能last在7位置first就开始出，出到2位置又开始存，就也可能在2位置相遇。 

到目前位置：相遇的时候是空的，相遇的时候也可能是满的！！！没有解决问题。

如何判断空和满！

方案一：

usedSize！！！放一个数据usedSize++，us == 0 为空，us == 数组长度为满。

方案二：

定义一个Boolean类型的flg = false 第一次相遇为false，第二次相遇为true。以标记的形式来判断。

方案三：（此代码用方案三实现）

浪费一个空间。也就是假如你的数组长度是8，但是最多只放7个元素。

即last和first相遇时为空，last的下一个为first就为满

如何让last或者first从7走到0，不能是last++或者first++，这样会导致数组下标越界，我们可给出一个公式：last = （last + 1）% 数组长度

代码实现：

首先此时代码有点错误

3，双端队列 (Deque)

双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque 是 “double ended queue” 的简称。 那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。

普通的队列只能从队尾进对头出，如果是双端队列，这个队列两边都可以进出。

有头插，尾插，还有头删尾删

LinkedList是双端队列的链表形式。

ArrayDeque是双端队列的线性实现（操作的是数组）。 

对于这两个类（LinkedList，ArrayDeque），可以当作栈使用，也可以当作队列使用

4，面试题

4.1 用队列实现栈

首先一个队列是不能实现栈的，这两个是相互矛盾的，一个是先进先出，一个是先进后出。

既然一个队列达不到要求，就用两个队列来实现栈。

top：

代码实现：

4.2 用栈实现队列

还是一样的，一个栈是不能实现队列的。要申请两个栈。

代码实现：

至此，栈和队列都讲完了！！！