【数据结构】栈与队列

栈与队列本质上都是一种线性表，他们存放与读取数据方式的不同，利用好他们各自的特点，就能够解决许多棘手的问题，他们会是之后我们编程中存放数据的两种重要数据结构。接下来就由我来带大家梳理一下他们各自的特点吧。

一、栈

1、概念

栈：一种特殊的线性表，其 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。
简单来说就像存放羽毛球的羽毛球桶，后放入桶中的羽毛球会压住先放入桶中的羽毛球，在取羽毛球时，必须先取出后放入的羽毛球，才能取出下面先放入的羽毛球，也就是所谓的先进后出的原则

压栈：栈的插入操作叫做进栈 / 压栈 / 入栈， 入数据在栈顶 。
出栈：栈的删除操作叫做出栈。 出数据在栈顶 。
所谓压栈就相当于是放羽毛球，出栈就是取羽毛球。在数据结构中就对应了存放数据和读取数据。

2、栈的模拟实现

栈可以用数组或链表实现，一般会采用数组来进行实现，因为相比于链表，数组在进行尾插的效率更高一些

这里我们就主要来介绍一下栈的数组实现吧：

和顺序表一样：一个存储数据的数组，一个变量记录个数，一个变量记录容量

java 复制代码

public class MyStack {
    public int[] elem;
    public int usedSize;
}

功能实现：

（1）栈的初始化

java 复制代码

public MyStack() {
    this.elem = new int[10];
}

（2）压栈

在压栈时一定要注意数组是否已经满了，如果满了就需要先进行扩容再完成插入操作，不然是会发生空指针异常的。

java 复制代码

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

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

小tips：我们在学习数据结构时一定要注意好这些小细节，提高代码的严谨性和适用性。培养好这种思想对我们后续编程学习非常重要

（3）出栈

在出栈时我们也不能单单只想着实现出栈删除尾部元素就完了，要注意还要考虑空栈的情况，如果空栈的话就没有元素可以取出，直接返回即可

java 复制代码

public boolean empty() {
    return usedSize == 0;
}
public int pop() {
    if(empty()) {
        return -1;
    }
    int oldVal = elem[usedSize-1];
    usedSize--;
    return oldVal;
}

同时在实际应用中，我们可能只需要知道栈顶元素的值就可以了，不需要删除元素，这时我们就可以"小瞄一下"，只读取栈顶元素值而不删除了。

java 复制代码

public int peek() {
    if(empty()) {
        return -1;
    }
    return elem[usedSize-1];
}

3、Stack

在java中内置了栈的实现类Stack类，我们只需要会调用即可。自己实现一编栈的功能也是为了加深我们对栈的深层理解。

在java中， Stack 继承了 Vector ， Vector 和 ArrayList 类似，都是动态的顺序表，不同的是 Vector 是线程安全的。

常见方法

使用示例：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    Stack<Integer> s = new Stack();
    s.push(1);
    s.push(2);
    s.push(3);
    s.push(4);
    System.out.println(s.size()); // 获取栈中有效元素个数---> 4
    System.out.println(s.peek()); // 获取栈顶元素---> 4
    s.pop(); // 4出栈，栈中剩余1 2 3，栈顶元素为3
    System.out.println(s.pop()); // 3出栈，栈中剩余1 2 栈顶元素为3
    if(s.empty()){
        System.out.println("栈空");
    }else{
        System.out.println(s.size());
    }
}

二、队列

1、概念

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的特殊线性表，队列具有先进先出 FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为 队尾（ Tail/Rear ）出队列：进行删除操作的一端称为 队头（ Head/Front ）

相信我们在生活中应该多少都有经历过排队，与栈不同，排队讲究的就是一个先来后到，先来的可以进行操作，后来的就得排在之后了。

数据结构中的队列与现实中的排队是非常类似的，将插入的数据按先后顺序排列起来，在取用时则先取用"先来的"，再取用"后来的"

2、队列的模拟实现

队列可以用数组或链表实现，一般采用链表实现，因为在实现出队操作时相当于进行头删，链表进行头删的操作效率更高一些

这里我们就主要来介绍一下队列的链表实现吧。

java 复制代码

public class MyQueue {

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

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

    public ListNode head;
    public ListNode last;
}

（1）入队

java 复制代码

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

（2）出队

java 复制代码

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

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

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

3、Queue
在 Java 中， Queue 是个接口，底层是通过链表实现 的

常见方法：

使用示例：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
    q.offer(1);
    q.offer(2);
    q.offer(3);
    q.offer(4);
    q.offer(5); // 从队尾入队列
    System.out.println(q.size());
    System.out.println(q.peek()); // 获取队头元素
    q.poll();
    System.out.println(q.poll()); // 从队头出队列，并将删除的元素返回
    if(q.isEmpty()){
        System.out.println("队列空");
    }else{
        System.out.println(q.size());
    }
}

三、总结

栈和队列本质上就是两种存放与读取方式不同的线性表，栈的主要特点是先进后出，队列则是先进先出，我们可以根据实际应用场景来选择适合的结构。还是那句话，没有最好的数据结构，只有最适合的数据结构。

那么本篇文章就到此为止了，如果觉得这篇文章对你有帮助的话，可以点一下关注和点赞来支持作者哦。作者还是一个萌新，如果有什么讲的不对的地方欢迎在评论区指出，希望能够和你们一起进步✊