数据结构之栈基本实现

文章目录

• • 栈
  • 栈的实现
  • • 定义结点类
    • 属性及构造方法
    • getSize()方法
    • isEmpty()方法
    • traverse()方法
    • push(Object data)方法
    • pop()方法
    • peek()方法
    • clear()方法
  • 全部代码
  • Java中的栈

栈

栈是一种特殊的线性表，栈中的数据元素以及数据元素间的逻辑关系和线性表相同，两者之间的差别在于：线性表的插入和删除操作可以在表的任意位置进行，而栈的插入和删除操作只允许在表的尾部进行，因此效率都是很高的，插入和删除都是在栈顶进行的，最后插入的最先被删除，所以栈的工作模式是先进后出（LIFO, Last In First Out）。如下为栈的基本结构图。

栈底a1为第一次插入的元素，进栈和出栈都是在栈顶进行操作。

栈的实现

栈可以通过数组和和链表来实现，上一章写了链表的基本实现，那这里就用链表来实现栈了。

定义结点类

通过链表来实现栈，看到链表肯定少不了结点，下面定义一个内部类，用于结点类。代码如下

public class Node{
    public Object data; //栈数据
    public Node next;   //栈指针，指向下一个结点

    public Node() {
    }

    public Node(Object data) {
        this.data = data;
    }

    public Node(Object data, Node next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }
}
           

和链表的结点一样，包含结点数据、指针和构造方法。

属性及构造方法

实现栈的方法之前，还需要定义基本的栈属性和构造方法，因为进栈出栈都是在栈顶进行操作，所以需要定义一个栈顶便于操作、在定义一个size属性用于统计栈中元素的数量和一个构造方法。代码如下

//栈顶
    public Node stackTop;
    //栈数量
    public Integer size = 0;

    //构造方法
    public ListStack() {
    }
           

getSize()方法

getSize()方法返回栈中元素数量，在属性中定义了一个结点数量的属性size，所以这里直接返回size属性即可。

public Integer getSize(){
   	return size;
}
           

isEmpty()方法

isEmpty()方法判断栈是否为空，如果size结点的数量等于0即栈为空。

public Boolean isEmpty(){
    return size == 0;
}
           

traverse()方法

traverse()方法遍历栈中的所有元素。因为这里栈使用的链表来实现的，所以遍历栈和遍历链表一样(栈顶相当于链表的头结点)，直接利用while循环依次遍历，直到栈结点为空结束。

代码实现

//遍历栈
public void traverse(){
    //创建临时结点，赋值为栈顶结点，从栈顶开始遍历
    Node temp = stackTop;
    //遍历栈
    while(temp != null){
        System.out.println("编程小马：" + temp.data);
        //指向下一个栈结点
        temp = temp.next;
    }
}
           

push(Object data)方法

push(Object data)方法进栈操作，即添加栈元素。把新的栈结点指向原栈顶，栈顶更换为新结点。

代码实现

/**
 * 进栈，添加栈结点
 * @param data 进栈的数据
 * @return Boolean
 */
public Boolean push(Object data){
    try{
        //实例一个栈结点
        Node newNode = new Node(data);
        //新栈结点指向栈顶
        newNode.next = stackTop;
        //新结点替换为栈顶
        stackTop = newNode;
        //栈数量自增
        size++;
        return true;
    }catch (Exception e){
        return false;
    }
}
           

push()方法测试

pop()方法

pop()方法出栈操作，即删除栈顶结点，返回删除的结点。出栈操作之前需要对栈进行一下判断操作，判断栈是否为空；如果栈不为空，则直接获取栈顶结点，把栈顶结点改为栈顶结点指向的结点，返回原栈顶结点即可。

代码实现

/**
 * 出栈，删除栈顶部结点
 * @return 删除的结点
 */
public Node pop(){
    try{
        //判断栈是否为空
        if(!isEmpty()){
            //获取栈顶结点
            Node top = stackTop;
            //改变栈顶元素
            stackTop = top.next;
            return top;
        }
        //栈结点自减
        size--;
        return null;
    }catch (Exception e){
        return null;
    }
}
           

pop()方法测试

peek()方法

peek()方法取出栈顶结点对象。先判断一下栈是否为空，如果不为空，直接返回定义的栈顶属性即可。

代码实现

//取出栈顶结点对象
public Node peek(){
    try{
        //判断栈是否为空
        if(!isEmpty()){
            return stackTop;
        }
        return null;
    }catch (Exception e){
        return null;
    }
}
           

peek()方法测试

clear()方法

clear()方法清空栈，直接把栈顶属性置为空即可，栈顶为空，栈也就为空了。

代码实现

//清空栈
public Boolean clear(){
    try{
        stackTop = null;
        return true;
    }catch (Exception e){
        return false;
    }
}
           

全部代码

上述基于链表实现了栈的一些常用方法，下面是上述案例中的所有代码。有错误地方欢迎指出。

public class ListStack {
    //定义一个内部类，作为栈的结点
    public class Node{
        public Object data; //栈数据
        public Node next;   //栈指针，指向下一个结点

        public Node() {
        }

        public Node(Object data) {
            this.data = data;
        }

        public Node(Object data, Node next) {
            this.data = data;
            this.next = next;
        }
    }

    //栈顶
    public Node stackTop;
    //栈数量
    public Integer size = 0;

    //构造方法
    public ListStack() {
    }

    //返回栈结点的数量
    public Integer getSize(){
        return size;
    }

    //判断栈是否为空
    public Boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    /**
     * 进栈，添加栈结点
     * @param data 进栈的数据
     * @return Boolean
     */
    public Boolean push(Object data){
        try{
            //实例一个栈结点
            Node newNode = new Node(data);
            //新栈结点指向栈顶
            newNode.next = stackTop;
            //新结点替换为栈顶
            stackTop = newNode;
            //栈数量自增
            size++;
            return true;
        }catch (Exception e){
            return false;
        }
    }

    //遍历栈
    public void traverse(){
        //创建临时结点，赋值为栈顶结点，从栈顶开始遍历
        Node temp = stackTop;
        //遍历栈
        while(temp != null){
            System.out.println("编程小马：" + temp.data);
            //指向下一个栈结点
            temp = temp.next;
        }
    }

    /**
     * 出栈，删除栈顶部结点
     * @return 删除的结点
     */
    public Node pop(){
        try{
            //判断栈是否为空
            if(!isEmpty()){
                //获取栈顶结点
                Node top = stackTop;
                //改变栈顶元素
                stackTop = top.next;
                return top;
            }
            //栈结点自减
            size--;
            return null;
        }catch (Exception e){
            return null;
        }
    }

    //取出栈顶结点对象
    public Node peek(){
        try{
            //判断栈是否为空
            if(!isEmpty()){
                return stackTop;
            }
            return null;
        }catch (Exception e){
            return null;
        }
    }

    //清空栈
    public Boolean clear(){
        try{
            stackTop = null;
            return true;
        }catch (Exception e){
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //实例一个栈
        ListStack stack = new ListStack();
        //添加栈元素
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        //遍历
        stack.traverse();

        //取出栈顶元素
        System.out.println("当前栈顶元素为：" + stack.peek().data);

        //删除栈顶结点
        System.out.println();
        Node node = stack.pop();
        System.out.println("删除的栈顶结点元素值为：" + node.data);

        System.out.println();
        System.out.println("删除后栈中的全部元素");
        stack.traverse();
    }
}
           

Java中的栈

其实Java中也包含的有栈，Java中的Stack栈是继承与Vector类的，是基于动态数组来实现的。包含的方法如下图所示。

Stack栈的继承关系

如果平时需要使用栈的操作，可以直接调用Java的Stack类使用。Java中栈是基于数组实现的，想了解基于数组实现栈的小伙伴可以去读一读Stack类的源码。