【数据结构】栈

目录

一，前言

二，基本实现

1，接口定义

2，实现类定义

3，主要方法实现

[<1> 入栈 push](#<1> 入栈 push)

[<2> 出栈 pop](#<2> 出栈 pop)

[<3> 获取栈顶元素 peek](#<3> 获取栈顶元素 peek)

[<4> 获取栈中有效元素个数 size](#<4> 获取栈中有效元素个数 size)

[<5> 检测栈是否为空 isEmpty](#<5> 检测栈是否为空 isEmpty)

三，栈、虚拟机栈、栈帧之间的区别

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一，前言

栈是一种特殊的线性存储结构，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，即后面入栈的元素先出栈。

栈根据实现方式不同又分为链式栈和线性栈，本文演示的为链式栈。栈的具体操作如下图所示：

二，基本实现

1，接口定义

本次实现选择传递泛型，故接口类也写作泛型类。

public interface IStack <T> {
    // 入栈
    T push(T val);
    // 出栈
    T pop();
    // 获取栈顶元素
    T peek();
    // 获取栈中有效元素个数
    int size();
    // 检测栈是否为空
    boolean isEmpty();
}

2，实现类定义

在本次实现中，使用无头非循环单链表作为基本结构，定义first引用记录头节点，定义usedSize基础变量记录栈中有效元素个数。

使用单链表作为基本结构是因为栈只需要在一端进行插入或删除，而单链表的头删和头插正好契合需求，该选型可让时间复杂度可达到O(1)并且无需扩容。

public class StackImpl<T> implements IStack<T>{

    private Node<T> first;
    private int usedSize;

    /**
     * 无参构造方法*/
    public StackImpl() {
        this.first = null;
        this.usedSize = 0;
    }

    /**
     * 节点内部类（使用单链表）*/
    private static class Node<T> {
        T val;
        Node<T> next;
        public Node(T val) {
            this.val = val;
        }
    }
}

3，主要方法实现

<1> 入栈 push

入栈的逻辑实际上就是单链表的头插，如下图所示：

    /**
     * 入栈*/
    @Override
    public T push(T val) {
        // 创建新节点
        Node<T> node = new Node<>(val);
        // 入栈
        node.next = this.first;
        this.first = node;
        // 维护栈有效元素个数
        this.usedSize ++;
        return val;
    }

<2> 出栈 pop

出栈时存在两种情况：

1，栈为空 ==> 抛出异常

2，栈不为空 ==> 头删，如下图所示：

    /**
     * 出栈*/
    @Override
    public T pop() {
        // 判空
        if(isEmpty()) {
            throw new StackEmptyException("不可对空栈执行出栈操作！");
        } else {
            T oldVal = this.first.val;
            this.first = this.first.next;
            // 维护栈有效元素个数
            this.usedSize --;
            return oldVal;
        }
    }

<3> 获取栈顶元素 peek

获取栈顶元素时存在两种情况：

1，栈为空 ==> 抛出异常

2，栈不为空 ==> 返回头节点元素

    /**
     * 获取栈顶元素*/
    @Override
    public T peek() {
        // 判空
        if(isEmpty()) {
            throw new StackEmptyException("不可对空栈执行获取栈顶元素操作！");
        } else {
            return this.first.val;
        }
    }

三，栈、虚拟机栈、栈帧之间的区别

直白的说，栈是一种数据结构，虚拟机栈是 JVM 划分的一块线程私有内存，而栈帧是调用方法时，在虚拟机栈内部为该方法开辟的内存单元。