Java-数据结构-栈和队列-Stack和Queue (oﾟ▽ﾟ)o

文本目录：

❄️一、栈(Stack)：

▶ 1、栈的概念：

▶ 2、栈的使用和自实现：

☑ 1）、Stack():

☑ 2）、push(E e):

☑ 3）、empty():

☑ 4）、peek(E e):

☑ 5）、pop(E e):

☑ 6）、size(E e):

▶ 3、栈自实现的总代码：

❄️二、队列(Queue)：

▶ 1、栈的概念：

▶ 2、队列的使用和自实现：

☑ 1）、Queue():

☑ 2）、isEmpty()：

☑ 3）、size()：

☑ 4）、offer(E e)：

☑ 5）、peek()：

☑ 6）、poll()：

▶ 3、队列的自实现的总代码：

❄️三、循环队列：

▶ 1、成员变量和初始化：

▶ 2、isEmpty()方法：

▶ 3、enQueue(int value)方法：、

▶ 3、isEmpty()方法：

▶ 4、deQueue()方法：

▶ 5、Front()方法：

▶ 6、Rear()方法：

❄️四、双端队列：

❄️五、总结：

❄️一、栈(Stack)：

▶ 1、栈的概念：

栈：是一种特殊的线性表，其 只允需在固定的一端进行插入和删除操作。

进行插入和删除的一端叫做栈顶，另一端叫做栈底。并且要遵循 先进后出 的规则。

压栈：栈的插入操作叫做压栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈，出数据在栈顶。

我们来看看图片是怎样进行的：

▶ 2、栈的使用和自实现：

我们来自实现一个栈，并且和 Java 自带的栈的方法进行比较，看看效果是否一样：

☑ 1）、Stack():

构造一个空的栈。

这也是对于栈的构造方法，我们先来看看Java 中自带的是什么效果并且看看如何使用的： 这就是Java自带的栈的构造方法。

我们接下来看看我们自己定义的栈是怎样写这个方法的，在写方法之前呢，我们先来把栈的成员变量来实现一下，我们对于栈呢，我们使用数组来存放数据：

我们来看看构造方法如何实现，这是个无参构造方法：

这个呢就是我们的自实现构造方法，我们来看看使用自实现的构造方法的效果：

所以效果是一样的。

☑ 2）、push(E e):

将 e 这个数据入栈。

我们同样先来看看Java 中自带的是什么效果并且看看如何使用的：

这就是 Java 里面自带的入栈操作。

我们来看看自实现的push，在编写代码之前，我们先来看看 push 的思路是什么：

我们的 push 呢，就是每次往数组下标指向的那个里面放数据，这个下标呢就是我们的 usedSize 这个下标，之后我们放入元素之后，我们要把 usedSize 这个长度往后加1。

但是这里插入元素的时候呢，我们要注意，当我们的数组的内存满了的话，我们是不是要2倍扩容，所以我们要注意这一点：

对于 push 方法呢就是这个意思了。我们来看看代码是如何实现的：

我们来看看使用效果如何：

我们可以看到结果是一样的对于数据的存放。说明我们对于 push 这个方法是没有问题的。

☑ 3）、empty():

判断栈是否为空。

这个方法就非常简单了，我们之间来看看Java 的和自实现的比较是否结果一样：

当我们一开始创建栈的之后呢，判断栈是否为空的话，肯定是为空的所以返回 true 是正确的。由此可得我们的自定义的 empty() 代码是没有问题的。

☑ 4）、peek(E e):

返回栈顶的元素，但是不出栈顶的元素。

我们也是来看看如何实现的：

这个代码也是很简单的，我们至于要返回 usedSize-1 的这个下标的元素就可以了，因为我们的usedSize总是比下标长 1 个单位。

但是这里我们也是需要注意的是，我们需要先判断一下，我们的栈是否为空，如果为空，都没有元素，所以返回不了元素。这也是为什么我要先写 empty 这个方法的原因。

我们先来看代码，之后再看看Java中的和自实现的有没有区别：

运行的比较：

☑ 5）、pop(E e):

出栈顶的元素，并且把栈顶的元素删除。

这个呢，我们先把栈顶的元素打印出来，之后呢我们把 usedSize 自减一次，使得我们访问不到删除的元素，这个比较简单，我们直接来看看代码：

我们来看看实现代码的比较：我们可以看到我们最先访问的 23 这个栈顶，这个方法是pop，所以会把栈顶元素删除，之后我们再用peek 方法访问的是12，所以呢这个删除方法 peek 没有问题。

☑ 6）、size(E e):

返回栈的长度。

这个方法是非常简单的，我们直接返回数组的有效的数组长度。我们直接看代码的实现吧：

▶ 3、栈自实现的总代码：

OK，我们呢对于栈的方法的实现现在常用的都自实现完事了，我们现在来看看总代码：

public class MyStack {
    public int[] elem;//存放栈的数据
    public int usedSize;//我们数组的有效长度

    public MyStack() {
        this.elem = new int[10];
    }

    private boolean isFull() {
        return usedSize == elem.length;
    }
    public void push(int e) {
        if (isFull()) {
            //二倍扩容
            this.elem = Arrays.copyOf(elem,
                    2*elem.length);
        }
        //这是在放完元素后再自加
        elem[usedSize++] = e;
    }

    public boolean empty() {
        return usedSize == 0;
    }

    public int peek() {
        if (empty()) {
            System.out.println("栈为空没有元素");
            return -1;
        }

        return elem[usedSize - 1];
    }

    public int pop() {
        int e = peek();
        usedSize--;
        return e;
    }

    public int size() {
        return usedSize;
    }
}

OK，我们对于栈的实现就已经完事了，我们开看看一道关于栈的选择题来看看吧：

练习：

我们来看看这道题选什么？这道题呢，我们正确的呢是选择 C 因为C中呢我们出 3 后栈里的元素为2，1 从栈顶到栈底，所以我们不可能出1，在不先出2的情况下，所以C 是错误的。

你是否选择正确了呢？

❄️二、队列(Queue)：

在了解队列之前呢，我们请出我们的那个数据结构的那个表单：

我们要学习的 Queue 和我们之后要了解的 Deque 我们之前学习过的 LinkedList 这个类中都将它们实现了，所以呢我们的 LinkedList 类呢有 Queue 和 Deque 的性质。所以呢，LinkedList可以使链表、可以是队列(Queue)、可以是双端队列(Deque)。

▶ 1、栈的概念：

队列：是一种只允许一端进行插入元素，在另一端进行删除元素的特殊的线性表。

队列具有 先进先出 的性质：进行插入的一端叫做队尾，进行删除的一端叫做队头。也就是队尾进，队头出。

队列呢就相当于是我们 排队打饭 的例子，我们先来打饭的先走，后打饭的后走。

我们来看看流程的表：

相当于这样：

▶ 2、队列的使用和自实现：

☑ 1）、Queue():

这里我们创建队列的时候要注意了，我们的队列只是一个接口，不是类，所以不能创建对象，所以我们需要使用 LinkedList 类来进行创建，进行向上转型。

我们来看看这个队列要如何创建：

这个就是用 LinkedList 来进行来创建队列的方法。

在我们自实现方法之前呢，我们来想一下，我们的队列使用什么结构来进行存储元素呢？

我们在之前呢，我们了解到了顺序存储和链式存储两种方式，对于我们队列呢我们使用链式存储的方式来进行存储元素，但是我们链式存储有单链表和双链表两种方式，我们呢最好使用双链表的形式，这样呢方便我们存储和删除，而且我们的队列要有头和尾，所以双链表更加的合适。这样呢我们了解队列怎样存储之后，我们来看看自实现队列：

☑ 2）、isEmpty()：

判断队列是否为空。

这个方法是非常简单的，我们只需要判断队头是不是空就可以了，或者我们判断一下有效长度是不是 0 也是可以判断的，因为我们每次出元素都在队头，当我们的头为空说明没有元素了。我们来看看代码：

这个呢，我们就不进行演示了，我们直接继续往下看：

☑ 3）、size()：

返回队列的长度。

我们再来看一个简单的代码，这个代码就非常简单了，我们不是定义了一个 usedSize 这个成员变量了吗，这个就是我们队列的有效长度，所以我们直接返回这个 usedSize 这个成员变量就可以了，我们来看看代码的实现：

是不是很简单呢，所以我们这个也不进行代码的演示了，我们还是继续往下看：

☑ 4）、offer(E e)：

入队列操作。

对于入队的之前呢，我们要先进行对队列的判断，如果我们的队列是空的话，我们要把我们的要入队的节点newNode，我们要执行 firast = last = newNode 的操作。

第一步，当我们的队列不为空的时候呢，我们要把 last.next 指向 newNode 这个节点。

第二步，我们把新的节点 newNode.prev 指向我们的last这个节点，

第三步，把 last 往后移一位。

这个呢，就是我们入队的操作思路啦，之后我们，来看看代码是如何实现的：

这个呢就是我们的入队操作了，我们来看看 Java 中的队列和自实现的队列的入队操作有没有不同的。

我们可以看到，我们的自实现是没有问题的。Ok，我们来看下一个队列的操作：

☑ 5）、peek()：

获得队头的元素

对于这个方法呢，是非常的简单的，我们想要队头的元素的话，我们只需要返回 first.val 这个数据就可以了：

比如这个呢，我们的队头元素就是 first.val 这个元素，所以我们来看看代码：

看一下运行的结果怎么样：

OK，我们可以看到这个方法是没有问题的，我们接下来看看队列的最后一个常用的方法：

☑ 6）、poll()：

出队列操作。

我们对于出队列之前呢，我们要先把队列判断一下是否为空，之后我们才能进行出队操作。

对于出队操作呢，我们是出队头的元素，我们呢要先把队头元素出出来，之后我们在把 first 往后移动一位，是我们出的那个元素，在队列中删除。但是呢，如果我们的 first 不是空的话，我们呢要把 first.prev 赋值为null，因为我们要把前一个节点删除，所以呢，我们要置空。

我们来看看方法的思路：

了解思路之后呢，我们来看看代码如何编写的：

我们来看看代码有没有问题：

我们可以看到当我们的 poll 执行之后呢，我们的 peek 的元素就变了，说明我们已经出队了，所以没有问题。

▶ 3、队列的自实现的总代码：

public class MyQueue {

    static class ListNode {
        public int val;
        public ListNode prev;
        public ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    public ListNode first;//队头
    public ListNode last;//队尾
    public int usedSize;//长度

    public boolean isEmpty() {
        return first == null;
        //return usedSize == 0;
    }

    public int size() {
        return usedSize;
    }

    public void offer(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);

        if (isEmpty()) {
            first = last = newNode;
        }else {
            last.next = newNode;
            newNode.prev = last;
            last = last.next;
        }
        usedSize++;
    }

    public int poll() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int val = first.val;
        first = first.next;

        if (first != null) {
            first.prev = null;
        }
        usedSize--;
        return val;
    }

    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return first.val;
    }
}

我们的队列呢就到这里就结束了，接下来我们来看一个特殊的队列——循环队列。