java数据结构与算法之栈(Stack)设计与实现

一、栈的抽象数据类型

 栈是一种用于存储数据的简单数据结构,有点类似链表或者顺序表(统称线性表),栈与线性表的最大区别是数据的存取的操作,我们可以这样认为栈(Stack)是一种特殊的线性表,其插入和删除操作只允许在线性表的一端进行,一般而言,把允许操作的一端称为栈顶(Top),不可操作的一端称为栈底(Bottom),同时把插入元素的操作称为入栈(Push),删除元素的操作称为出栈(Pop)。若栈中没有任何元素,则称为空栈,栈的结构如下图:

  由图我们可看成栈只能从栈顶存取元素,同时先进入的元素反而是后出,而栈顶永远指向栈内最顶部的元素。到此可以给出栈的正式定义:栈(Stack)是一种有序特殊的线性表,只能在表的一端(称为栈顶,top,总是指向栈顶元素)执行插入和删除操作,最后插入的元素将第一个被删除,因此栈也称为后进先出(LIFO)或先进后出(FILO)的线性表。栈的基本操作创建栈,判空,入栈,出栈,获取栈顶元素等,注意栈不支持对指定位置进行删除,插入,其接口Stack声明如下:

顺序栈的设计与实现

顺序栈,顾名思义就是采用顺序表实现的的栈,顺序栈的内部以顺序表为基础,实现对元素的存取操作,当然我们还可以采用内部数组实现顺序栈,在这里我们使用内部数据组来实现栈,至于以顺序表作为基础的栈实现。

其获取栈顶元素值的peek操作过程如下图(未删除只获取值):

代码实现:


从栈添加元素的过程如下(更新栈顶top指向):


代码如下:

数组扩容的代码如下:

栈弹出栈顶元素的过程如下(删除并获取值):


代码如下:


具体全部代码,文章后面会给出github地址。

链式栈的设计与实现

了解完顺序栈,我们接着来看看链式栈,所谓的链式栈(Linked Stack),就是采用链式存储结构的栈,由于我们操作的是栈顶一端,因此这里采用单链表(不带头结点)作为基础,直接实现栈的添加,获取,删除等主要操作即可。其操作过程如下图:


从图可以看出,无论是插入还是删除直接操作的是链表头部也就是栈顶元素,因此我们只需要使用不带头结点的单链表即可。

入栈操作:push

pop出栈操作:




源码地址:栈的源码地址

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