如何基于链表与数组实现栈

今天药忘吃喽~ 2024-02-19 07:49 14阅读 0赞

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*  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][aabf55319ff841b1a0c6f83b1ea96af8.png]  
出栈过程：  
![在这里插入图片描述][60e045f4189c40e3835985171db3385c.png]

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);
            }
        }
    }

> 1.  定义一个泛型类MyStack，其中T表示栈中元素的类型。
> 2.  定义一个私有对象数组stack，用于存储栈中的元素。
> 3.  定义一个私有整数变量top，表示栈顶元素的索引。
> 4.  定义一个无参构造函数，初始化stack数组的大小为10。
> 5.  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。
> 6.  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。
> 7.  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。
> 8.  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。
> 9.  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][55c7b060c18e4f508fc97f035dc3ac03.png]

## 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：
> 
> 1.  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。
> 2.  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。
> 3.  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。
> 4.  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());
        }
    }

![在这里插入图片描述][4290c597ba414872a9c71c5e3463e387.png]

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。

[aabf55319ff841b1a0c6f83b1ea96af8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/c61e2004acf243e480d1985cebd5dd1f.png
[60e045f4189c40e3835985171db3385c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/17a7bbeb55ee478fbd46b8972a46601c.png
[55c7b060c18e4f508fc97f035dc3ac03.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/d6c307a7e97f4891a433b347e2b1ee49.png
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