数据结构——栈的java实现(一)-使用顺序存储结构(数组)以及实现

一、线性表的定义

线性表是同一类型数据的一个有限序列，线性表中数据元素之间的关系是一对一的关系，即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。

线性表的顺序存储要求地址空间是连续的，地址必须一个接一个，不能中断。如下图为顺序存储结构：

二、顺序存储结构

线性表的顺序存储每个节点只包含数据部分，不需要额外包含数据之间的关系，因为数据之间的关系通过地址连续来体现，所以非常省空间

它的优点访问非常快速，因为地址是连续的，只要知道首地址，任意一个元素的地址都可以算出来。假设每个地址占c个空间,则第i个地址为(i-1)*c。

它的缺点是在插入和删除数据时，可能要移动许多数据,比如一个10000个元素的有序数据，如果我删除了第二个元素，为了继续保持地址连续，所以要把后面9999个元素都向前移动。

三、栈的定义

栈（stack）是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。

我们把允许插入和删除的一端称为栈顶（top），另一端称为栈底（bottom）。

栈又称作后进先出线性表——Last In First Out（LIFO）

注意：栈是一个被限制的线性表，不提供从中间任何位置删除、插入、访问元素的方法。也就是说栈只能够在栈顶插入和删除元素。

栈来自与线性表，因此栈可以使用顺序表的方式来实现也可以使用链表的方式来实现。

系统栈记录中断的点，调用完其他方法后继续运行

代码：

Array.class

package code.ArrayCode;

public class Array<E> {

    private E[] data;
    private int size;

    /*
     * 构造函数，传入数据的容量capacity构造Array
     * */
    public Array(int capacity){
        data = (E[])new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    //无参数的构造函数，默认数据的容量capacity=10
    public Array(){
        this(10);
    }

    //获取数组中的元素个数
    public int getSize(){
        return size;
    }

    //获取数组的容量
    public int getCapacity(){
        return data.length;
    }

    //返回数组是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return size==0;
    }
    //在最后一位添加数据
    public void addLast(E e){
        add(size,e);
    }
    //在开头添加数据
    public void addFirst(E e){
        add(0,e);
    }

    public void add(int index , E e){

        //判断index是不是合法的
        // 如果index为负数则不合法
        // 如果index > size则说明数组中间有空余的位置,并非紧密排列
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 || index <= size.");
        }
        //判断数组满了没有
        if(size == data.length){
            resize(2 * data.length);
        }

        //从最后一位开始移位，当i=index的时候，index位置上还是有原来位置的数据，
        //只不过index和index+1这两个位置的数据一样，原来index位置上的值复制到了index+1
        //所以我们可以放心的用新数据覆盖掉index位置上的值
        for(int i = size -1 ; i >= index ; i--){
            data[i+1] = data[i];
        }
        //用新值覆盖原index位置上的值
        data[index] = e;
        size++;
    }

    //取出索引为index的这个元素
    //通过get方法是无法获取没有值的索引
    E get(int index){
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Require index >= 0 || index <= size.");
        }
        return data[index];
    }
    //在指定索引位置修改数据
    void set(int index, E e){
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Require index >= 0 || index <= size.");
        }
        data[index] = e;
    }

    //查找数组中是否有元素e
    public boolean contains(E e){
        for(int i =0 ; i < size; i++){
            if(data[i].equals(e)){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    //查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
    public int find(E e){
        for(int i =0 ; i < size; i++){
            if(data[i].equals(e)){
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    //从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
    public E remove(int index){
        if(index < 0 || index > size){
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Require index >= 0 || index <= size.");
        }

        E ret = data[index];
        for(int i = index+1 ; i<size ; i++){
            //把后边的值赋给前面的值，覆盖掉前面节点的值，实现删除作用
            data[i-1] = data[i];
        }
        size--;
        //把size索引所在的值设置为null，让它被垃圾回收
        data[size] = null;

        if(size == data.length / 4 && data.length / 2 !=0){
            resize(data.length / 2);
        }

        return ret;
    }

    //从数组中删除第一个元素，返回删除的元素
    public E removeFirst(){
        return remove(0);
    }
    //从数组中删除最后一个元素，返回删除的元素
    public E removeLast(){
        return remove(size-1);
    }

    //从数组中删除元素e
    public void removeElement(E e){
        int index = find(e);
        if(index != -1){
            remove(index);
        }
    }

    public E getLast(){
        return get(size-1);
    }

    public E getFirst(){
        return get(0);
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n" , size, data.length));
        res.append("[");
        for(int i =0 ; i < size ; i++){
            res.append(data[i]);
            //如果当前size不是最后一个，则添加一个,
            if(i != size-1){
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("]");
        return res.toString();

    }
    //增容和缩容操作
    private void resize(int newCapacity){
        E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
        for(int i =0 ; i < size ; i++){
            newData[i] = data[i];
        }
        data = newData;
    }


    public void test(){
        int[] arr = new int[20];
        for(int i=0;i<arr.length;i++){
            arr[i]=i;

        }

        //scores开辟三个int值的数组
        int[] scores = new int[]{100,99,66};
        for(int i=0;i<scores.length;i++){
            System.out.println(scores[i]);
        }
    }

}

---

ArrayStack.class

package code.ArrayCode;

public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {
    Array<E> array;

    public ArrayStack(int capacity){
        array = new Array(capacity);
    }
    public ArrayStack(){
        array = new Array();

    }

    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }

    public int getCapacity(){
        return array.getCapacity();
    }

    public void push(E e) {
        array.addLast(e);
    }

    public E pop() {
        return array.removeLast();
    }

    public E peek() {
        return array.getLast();
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: ");
        res.append("[");
        for(int i =0 ; i < array.getSize() ; i++){
            res.append(array.get(i));
            //如果当前size不是最后一个，则添加一个,
            if(i != array.getSize() -1){
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] top");
        return res.toString();

    }
}

---

Stack.class

package code.ArrayCode;

public interface Stack<E> {

    int getSize();
    boolean isEmpty();
    void push(E e);
    E pop();
    E peek();
}

---

测试：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Array<Integer> arr = new Array();
        for(int i=0;i<10;i++){
            arr.addLast(i);
        }
        System.out.println(arr);

        arr.add(1,100);
        System.out.println(arr);

        arr.addFirst(-1);
        System.out.println(arr);
        //[-1, 0, 100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

        arr.remove(2);
        System.out.println(arr);

        arr.removeElement(4);
        System.out.println(arr);

        arr.removeFirst();
        System.out.println(arr);

        for(int i = 0 ; i < 5 ; i ++){
            arr.removeFirst();
        }
        System.out.println(arr);
    }
}

---

测试结果：

Array: size = 10 , capacity = 10
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 11 , capacity = 20
[0, 100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 12 , capacity = 20
[-1, 0, 100, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 11 , capacity = 20
[-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 10 , capacity = 20
[-1, 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 9 , capacity = 20
[0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9]
Array: size = 4 , capacity = 10
[6, 7, 8, 9]

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总结：