数据结构--栈和队列

1.栈(Stack)

1.1 介绍

栈是一种特殊的线性表，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的原则

1.2 栈的实现

栈可以通过自己写代码来模拟实现，或直接使用java.util包中的Stack类实现

1.2.1 模拟实现栈

• 压栈(入栈)：栈的插入操作，插入的数据在栈顶
• 出栈：栈的删除操作，出数据在栈顶

import java.util.Arrays;

public class MyStack {
    public int[] elem;
    public int usedSize;
    public static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    public MyStack() {
        elem = new int[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    public void push(int val) { //入栈
        if (isFull()) {
            this.elem = Arrays.copyOf(elem, elem.length * 2);
        }
        elem[usedSize++] = val;
    }

    public int pop() { //出栈
        if (isEmpty()) {
            throw new StackEmptyException("当前栈为空");
        }
        usedSize--;
        return elem[usedSize];
    }

    public int peak() {
        if (isEmpty()) {
            throw new StackEmptyException("当前栈为空");
        }
        return elem[usedSize - 1];
    }

    public boolean isFull() {
        return elem.length == usedSize;
    }

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

1.2.2 Stack类实现

Stack类实现了后进先出的栈结构，使用Stack类可以直接创建一个栈

import java.util.Stack;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个栈，栈中元素类型为Integer(int的包装类)
        Stack<Integer> stack = new Stack();
    }
}

1.3 栈的常用方法

方法	功能
Stack( )	构造一个空的栈
E push(E e)	将e入栈，并返回e
E pop( )	将栈定元素出栈并返回
E peek( )	获取栈定元素
int size( )	获取栈中有效元素个数
boolean empty( )	检测栈是否为空

1.4 栈，虚拟机栈和栈帧的区别

• 栈：一种数据结构
• 虚拟机栈：JVM中的一块内存
• 栈帧：方法调用过程中，在虚拟机栈上开辟的一块内存

2.队列(Queue)

2.1 介绍

队列也是一种特殊的线性表，不同于栈，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。进行插入操作的一端称为队尾，进行删除操作的一端称为队头。队列中的数据元素遵守先进先出的原则

2.2 队列的实现

队列也可以通过自己写代码来模拟实现，或使用Queue接口来实现

2.2.1 模拟实现队列

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

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

    ListNode head;
    ListNode last;

    public void offer(int val) { //入队
        ListNode node = new ListNode(val);
        if (head == null) {
            head = node;
            last = node;
        } else {
            last.next = node;
            node.prev = last;
            last = node;
        }
    }

    public int poll() { //出队
        if (head == null) {
            return -1;
        }
        int val = head.val;
        if (head.next == null) {
            head = null;
            last = null;
            return val;
        }
        head = head.next;
        head.prev = null;
        return val;
    }

    public int peek() {
        if (head == null) {
            return -1;
        }
        return head.val;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return head == null;
    }
}

2.2.2 Queue接口实现

LinkedList(双链表)实现了Queue接口(底层通过链表实现)，可以使用LinkedList类来创建队列

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
    }
}

2.3 队列的常用方法

方法	功能
boolean offer(E e)	入队列
E poll( )	出队列
E peek( )	获取队头元素
int size( )	获取队列中有效元素的个数
boolean isEmpty( )	检测队列是否为空