3.[数据结构和算法分析笔记]栈 Stack

1.栈 List

定义栈是限制插入和删除只能在一个位置上进行的表，该位置是表的末端，叫做栈顶。栈有时又叫做LIFO（后进先出）表，即last-in，first-out现实中的栈

栈的接口

public interface StackInterface<T> {
/**
* 将新元素加到站定
* @param newEntry 带插入站的对象 */
public void push(T newEntry);
/**
* 删除并返回栈顶
* @return 栈顶的对象，如果栈为空则返回null */
public T pop();
/**
* 取出栈顶
* @return 栈顶的对象，如果栈为空则返回null */
public T peek();
/**
* 检查栈是否为空
* @return 如果栈为空返回true */
public boolean isEmpty();
/**
* 从栈中删除所有元素 */
public void clear();
}

程序栈当一个程序执行时，一个被称为程序计数器的专用存储单元指向当前指令。当一个方法被调用时，程序的运行时环境为这个方法创建一个称为活动记录或栈帧的对象，这个活动记录显示该方法在执行过程中的状态。具体说，活动记录含有方法的实参、局部变量和当前指令的引用，即程序计数器的一个副本。在这个方法被调用时，活动记录被压入称为程序栈（或者称为Java栈）中。由于一个方法可以调用另一个方法，程序栈往往含有多个活动记录。位于栈顶的活动记录，属于当前正在执行的方法，紧接在栈顶下的记录，属于调用当前方法的方法。

当main开始执行，他的活动记录位于程序栈顶，如图A当main调用methodA时，一个新的记录被压入栈，此时程序计数器为50，图B展示methodA刚开始执行时，main更新记录与methodA的新纪录当methodA调用methodB时，程序计数器为120，一个新的活动记录被压入栈。图C展示当methodB刚开始执行时main为改变的记录、methodA更新后的记录以及methodB的新纪录。在methodB执行过程中，活动记录被更新，但main和methodA的记录保持不变。Java类库：类Stack

public class Stack<T> {

public T push(T item);
public T pop();
public T peek();
public boolean empty();
/**
* 在栈中查找指定对象
* @param desiredItem 待查找的对象
* @return 如果desiredItem在栈中，则返回其位置；如果不在则返回-1；栈顶的位置是-1 */
public int search(T desiredItem);
/**
* @return 栈的一个遵循Java接口的Iterator的迭代器 */
public Iterator<T> iteraotr();
/**
* @return 栈的一个遵循Java接口ListIterator的迭代器 */
public ListIterator<T> listIterator();
}

2.基于链表的实现

如果用链表表示栈，则第一个结点应该引用栈顶元素。类的框架栈的链表实现有一个数据域topNode，它是链表的表头引用，默认构造函数将这个数据域设置为null。

public class LinkedStack<T> implements StackInterface<T>, Serializable {
private Node topNode; //引用链表中第一个结点
public LinkedStack() {
topNode = null;
}
private class Node implements Serializable {
private T data; //栈的元素
private Node next; //指向下一个结点的连接
}
// 在栈顶插入
public void push(T newEntry) {
Node newNode = new Node(newEntry, topNode);
topNode = newNode;
}
// 删除栈顶
public T pop() {
T top = null;
if (topNode != null) {
top = topNode.getData();
topNode = topNode.getNext();
}
return top;
}
// 检索栈顶
public T peek() {
T top = null;
if (topNode != null)
top = topNode.getData();
return top;
}
public boolean isEmpty() {
return topNode == null;
}
public void clear() {
topNode = null;
}
}

3.基于数组的实现

public class ArrayStack<T> implements StackInterface<T>, Serializable {
private T[] stack; //存放栈元素的数组
private int topIndex; // 栈顶元素索引
private static final int DEFAULT_MAX_SIZE = 50;
public ArrayStack() {
this(DEFAULT_MAX_SIZE);
}
public ArrayStack(int initialCapacity) {
stack = (T[]) new Object[initialCapacity];
topIndex = -1;
}
// 在栈顶插入
public void push(T newEntry) {
topIndex++;
if (topIndex >= stack.length) {
//若数组已满，扩展数组
}
stack[topIndex] = newEntry;
}
// 删除栈顶
public T pop() {
T top = null;
if (!isEmpty()) {
top = stack[topIndex];
stack[topIndex] = null;
topIndex--;
}
return top;
}
// 检索栈顶
public T peek() {
T top = null;
if (!isEmpty())
top = stack[topIndex];
return top;
}
public boolean isEmpty() {
return topIndex < 0;
}
public void clear() {
stack = null;
}
}

4.基于向量的实现

public class VectorStack<T> implements StackInterface<T>, Serializable {
private Vector<T> stack; //栈顶是最后一个元素
public VectorStack() {
stack = new Vector(); // 需要时向变量大小将成倍增加
}
public VectorStack(int maxSize) {
stack = new Vector(maxSize);
}
// 在栈顶插入
public void push(T newEntry) {
stack.addElement(newEntry);
}
// 删除栈顶
public T pop() {
T top = null;
if (!isEmpty()) {
top = stack.lastElement();
stack.removeElement(stack.size() - 1);
}
return top;
}
// 检索栈顶
public T peek() {
T top = null;
if (!isEmpty())
top = stack.lastElement();
return top;
}
public boolean isEmpty() {
return stack.isEmpty();
}
public void clear() {
stack.removeAllElements();
}
}

关联：整理了一些Java软件工程师的基础知识点参考数据：《Java数据结构和算法》