Java版-資料結構-棧

小白程式之路發表於2019-03-12

Java資料結構

介紹

棧是一種後進先出的線性表資料結構，分為棧頂和棧底兩端，僅允許在表的一端插入元素，這一端被稱為棧頂，另外一端稱之為棧底。棧，只有兩種操作，分為入棧（壓棧）和出棧（退棧）；向棧中新增元素的操作叫做入棧，相反從棧中刪除元素叫做出棧。

特點

只能從棧頂新增元素或者刪除元素
後進先出的資料結構，Last In First Out（LIFO）

為了大家更好的形象瞭解我們通過示意圖來看一下棧的入棧和出棧操作

入棧操作示意圖

出棧操作示意圖（後進的元素先出）

棧的基本操作

向棧中新增一個元素（入棧）

void push(E e)
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從棧中刪除一個元素（出棧）

E pop()
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檢視棧頂元素

E peek()
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檢視棧中元素個數

int getSize()
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判斷棧是否為空

boolean isEmpty()
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實現棧的方式，實際上底層有多種實現方式，比如：動態陣列等，這裡我們使用Java語言本身為我們提供的集合LinkedList

介面定義：Stack

public interface Stack<E> {

    /**
     * 向棧中新增元素
     *
     * @param e
     */
    void push(E e);

    /**
     * 從棧中刪除元素
     */
    void pop();

    /**
     * 獲取棧頂元素
     *
     * @return
     */
    E peek();

    /**
     * 獲取棧中元素個數
     *
     * @return
     */
    int getSize();

    /**
     * 判斷棧中是否為空
     *
     * @return
     */
    boolean isEmpty();

}
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LinkedListStack 類實現介面Stack

public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {
    /**
     * 存放棧元素
     */
    LinkedList<E> list;

    /**
     * 構造棧結構
     */
    public LinkedListStack() {
        list = new LinkedList<>();
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        list.addLast(e);
    }

    @Override
    public void pop() {
        list.removeLast();
    }

    @Override
    public E peek() {
        return list.getLast();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return list.size();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return list.isEmpty();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "LinkedListStack{" +
                "list=" + list +
                '}';
    }
}
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測試類：LinkedListStackTest

@Test
public void testLinkedListStack() {
    // 棧
    Stack<String> stack = new LinkedListStack<>();
    // 準備入棧元素
    List<String> prepareElements = Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E");
    // 入棧
    prepareElements.forEach(x -> {
        stack.push(x);
        System.out.println("入棧操作：" + stack);
    });
    // 出棧
    stack.pop();
    System.out.println("出棧操作：" + stack);
    // 獲取棧頂元素
    String peekElement = stack.peek();
    System.out.println("棧頂元素：" + peekElement);
    // 獲取棧中元素的個數
    int stackSize = stack.getSize();
    System.out.println("棧中元素個數：" + stackSize);
}
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執行結果

入棧操作：LinkedListStack{list=[A]}
入棧操作：LinkedListStack{list=[A, B]}
入棧操作：LinkedListStack{list=[A, B, C]}
入棧操作：LinkedListStack{list=[A, B, C, D]}
入棧操作：LinkedListStack{list=[A, B, C, D, E]}
出棧操作：LinkedListStack{list=[A, B, C, D]}
棧頂元素：D
棧中元素個數：4
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棧的應用

虛擬機器棧的入棧和出棧操作

在Java虛擬機器執行時資料區有一塊被稱之為：虛擬機器棧，它是執行緒私有的，宣告週期與執行緒相同。

我們編寫的每個Java方法，每個方法都會在執行的時候同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用於儲存區域性變數表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法從呼叫直至執行完成的過程，就對應這一個棧幀在虛擬機器棧中入棧到出棧的過程。

現在我們假設有A、B、C三個方法，在A方法中呼叫B方法（A->B），在B方法中呼叫C方法（B->C），C方法執行本方法業務邏輯。

當程式執行到A()方法的中的第二行時，此時程式會中斷A()方法並開始呼叫B()方法，然後會在虛擬機器棧中記錄呼叫B()方法的棧幀，我這裡暫且稱之為A2（實際儲存的並不是O(∩_∩)O哈！）示意圖如下：

同理，當程式執行到B()方法中第二行時，此時程式也會中斷B()方法開始呼叫C()方法，然後同樣地會在虛擬機器棧中生成呼叫C()方法的棧幀並記錄，我這裡暫且稱之為B2，示意圖如下：

當程式開始執行到C()方法時，直到執行完C()方法時，這時候，程式該如何執行呢？

此時就要檢視一下虛擬機器棧了，發現虛擬機器棧，棧中棧頂的元素是B2，我們的程式就知道了，它是執行到B()方法的B2位置就中斷了，去執行C()方法了；現在C()方法執行完成之後，它就可以跳回到B2的位置繼續執行了，當B()方法執行完之後，虛擬機器棧中的B2棧幀也就可以出棧了，依次類推....