java中的栈

一、栈的理解

栈（Stack）是一种受限的线性数据结构，所谓受限是指栈只暴露栈顶和栈底的操作，其底层是由数组实现的。栈的特性是先进后出，类似于手枪压弹，原理示意图如下：

二、Stack的继承关系

三、被弃用的Stack

3.1 被弃用的原因

从继承关系中，我们可以看到Stack的基本方法与底层实现，由于Vector是动态数组接口，其底层的实现是数组，因此，Stack的底层实现也是数组，且继承了Vector的公共方法。
从前文（简析Vector类）我们知道，Vector类具有动态扩容和随机访问的特性，因此，继承了Vector类的Stack也同样具有这些特性，这恰好违背了Stack数据结构的设计原理，正因为如此，Java中的Stack一直被认为是糟糕的实现，官方也将Stack标志为“弃用”（deprecated）。
综上所述，导致Stack糟糕实现的原因是Stack与Vector类的关系出现了错误，不应该是继承关系（is-a），而应是组合关系（has-a）。

3.2 如何替代

官方推荐使用Deque接口来实现Stack：

Deque<E> stack = new ArrayDeque<>();

虽然官方做出了推荐，但是我们仍然可以发现，Deque实现的Stack实质是一个双端队列，可以在队列的两端实现插入和删除操作，仍然破坏力了封装性，并不安全，可以看出这并不是一个完美的方法。
因此，在实际中更推荐大家再做一层封装，通过逻辑限定为只能一端操作插入和删除，形成一个真正的栈。

3.3 队列实现栈

用队列实现栈，只需要⼀个队列作为底层数据结构。
要实现的栈的API如下：

class MyStack {
	/** 添加元素到栈顶 */
	public void push(int x);
	/** 删除栈顶的元素并返回 */
	public int pop();
	/** 返回栈顶元素 */
	public int top();
	/** 判断栈是否为空 */
	public boolean empty();
}

先说 push API，直接将元素加⼊队列，同时记录队尾元素，因为队尾元素相当于栈顶元素，如果要 top 查
看栈顶元素的话可以直接返回：

class MyStack {
	Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
	int top_elem = 0;
	/** 添加元素到栈顶 */
	public void push(int x) {
		// x 是队列的队尾，是栈的栈顶
		q.offer(x);
		top_elem = x;
	}
	/** 返回栈顶元素 */
	public int top() {
		return top_elem;
	}
}

我们的底层数据结构是先进先出的队列，每次 pop 只能从队头取元素；但是栈是后进先出，也就是说 pop
API 要从队尾取元素：

解决⽅法简单粗暴，把队列前⾯的都取出来再加⼊队尾，让之前的队尾元素排到队头，这样就可以取出了：

/** 删除栈顶的元素并返回 */
public int pop() {
	int size = q.size();
	while (size > 1) {
		size--;
	}
	// 之前的队尾元素已经到了队头
	return q.poll();
}

这样实现还有⼀点⼩问题就是，原来的队尾元素被提到队头并删除了，但是 top_elem 变量没有更新，我们
还需要⼀点⼩修改：

/** 删除栈顶的元素并返回 */
public int pop() {
	int size = q.size();
	// 留下队尾 2 个元素
	while (size > 2) {
		q.offer(q.poll());
		size--;
	}
	// 记录新的队尾元素
	top_elem = q.peek();
	q.offer(q.poll());
	// 删除之前的队尾元素
	return q.poll();
}

最后，API empty 就很容易实现了，只要看底层的队列是否为空即可：

/** 判断栈是否为空 */
public boolean empty() {
	return q.isEmpty();
}

很明显，⽤队列实现栈的话，pop 操作时间复杂度是 O(N)，其他操作都是 O(1) 。

3.4 面试中的Stack

如果面试中关注的是算法和程序的逻辑，那么数据结构的使用就不是重点，但是如果能用Deque实现，那自然是更好，尤其是需要考察对Java原因的理解。

参考资料

[1] https://blog.youkuaiyun.com/Tommy_____/article/details/106445631
[2] labuladong算法秘籍V1.1