数据结构--栈的应用--括号匹配问题和行编辑器

括号匹配校验

假设表达式中允许包含两种括号，圆括号和方括号，其嵌套顺序随意，即[()[]]、[([][])]和[]()[]等为正确格式，[(])或([())等均为不正确格式。要求编写一个程序检验括号输入是否正确。

思路整理

此题我们使用栈的后进先出的原则来实现，思路如下：

1. 如果以]或)开头那么括号肯定是不匹配的。
2. 将接收到的字符串拆分成单个字符
3. 遍历入栈
   • 若当前栈空，则直接入栈
   • 若当前栈不为空，则取出栈顶数据与当前数据做对比。若两个括号匹配，则取出栈顶数据。否则将当前数据入栈

4. 遍历完成后检查栈是否为空。若为空则说明校验成功，否则检验失败

   
   
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代码实现

package com.codestd.study.stack;

import java.util.Stack;
/**
 * 括号校验
 * @author jaune
 * @since 1.0.0
 */
public class BracketChecker {

    /**
     * 校验括号是否正确
     * @param in 输入括号字符串
     */
    public static boolean check(String in) {
        char[] chars = in.toCharArray();
        Stack stack = new Stack<>();
        for (char aChar : chars) {
            // 如果不是括号字符直接丢弃
            if (isBracket(aChar)) {
                if (stack.isEmpty()) {
                    stack.push(aChar);
                } else {
                    char stackChar = stack.peek();
                    // 注意这里的顺序，一定是栈中的是前括号，比较的是后括号才行。顺序不能乱。)( 这种格式是错误的。
                    if (checkPairBracket(stackChar, aChar)) {
                        stack.pop();
                    } else {
                        stack.push(aChar);
                    }
                }
            }
        }

        return stack.isEmpty();
    }

    /**
     * 检验前括号和后括号是否匹配
     * @param ch1 前括号
     * @param ch2 后括号
     */
    public static boolean checkPairBracket(char ch1, char ch2) {
        return ch1 == '(' && ch2 == ')' || ch1 == '[' && ch2 == ']';
    }

    /**
     * 检查是否为括号字符
     */
    public static boolean isBracket(char ch) {
        return ch == '(' || ch == ')' || ch == '[' || ch == ']';
    }
}

此题中只说了小括号和中括号，如果再加上大括号，或者书名号等成对出现的字符，核心的代码不用做修改，只需要修改checkPairBracket和isBracket即可。无论多少种括号，校验的原理都是一样的。

测试代码如下：

import static org.assertj.core.api.Assertions.*;

/**
 * Test for {@link BracketChecker}
 */
public class BracketCheckerTest {

    @Test
    public void test() {
        String s1 = "[]()[(())()]";
        assertThat(BracketChecker.check(s1)).isTrue();
        String s2 = ")[]()[]";
        assertThat(BracketChecker.check(s2)).isFalse();
        String s3 = "[(])[]";
        assertThat(BracketChecker.check(s3)).isFalse();
    }
}

以上测试代码已测试通过。由于栈的底层实现是数组或链表，所以使用数组的方式也可以解决此问题。只需要一个指针指向数组尾部数据即可。

行编辑程序

一个简单的行编辑器程序的功能是：接收用户从终端输入的程序或数据，对用户输入的一行数据做处理，#表示退格键，删除#前的一个字符。@表示@符号之前的数据均无效。

比如用户输入了 gosd##od实际有效字符是good，当用户输入了pgm@progre#am实际有效的是program。

思路分析

将一行的字符依次读入栈中，遇到#取出栈顶数据，若遇到@则清空栈。

实现

import java.util.Arrays;
import java.util.Stack;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * 行编辑器
 *
 * @author jaune
 */
public class LineEditor {

    public String handle(String line) {
        char[] chars = line.toCharArray();
        Stack stack = new Stack<>();
        for (char ch : chars) {
            if (stack.isEmpty()) {
                if (ch != '#' && ch != '@') {
                    stack.push(ch);
                }
            } else {
                if (ch == '#') {
                    stack.pop();
                } else if (ch == '@') {
                    stack.clear();
                } else {
                    stack.push(ch);
                }
            }
        }
        Character[] res = new Character[stack.size()];
        stack.toArray(res);
        stack.clear();
        return Arrays.stream(res).map(String::valueOf).collect(Collectors.joining());
    }
}