Java中的Stack与Queue

一、栈的概念及使用

1.1 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栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵循后进先出的原则。

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。

1.2 栈的使用

方法	功能
Stack()	构造一个空的栈
E push(E e)	将e入栈，并返回e
E pop()	将栈顶元素出栈并返回
E peek()	获取栈顶元素
int size()	获取栈中有效元素个数
boolean empty()	检测栈是否为空

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());
	}
}

1.3 栈的模拟实现

从上图中可以看到，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。

public class MyStack {
	int[] array;
	int size;
	public MyStack(){
		array = new int[3];
	}
	public int push(int e){
		ensureCapacity();
		array[size++] = e;
		return e;
	}
	public int pop(){
		int e = peek();
		size--;
		return e;
	}
	public int peek(){
		if(empty()){
			throw new RuntimeException("栈为空，无法获取栈顶元素");
		}
		return array[size-1];
	}
	public int size(){
		return size;
	}
	public boolean empty(){
		return 0 == size;
	}
	private void ensureCapacity(){
		if(size == array.length){
			array = Arrays.copyOf(array, size*2);
		}
	}
}

二、队列的概念及使用

2.1 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，队列具有先进先出的特点。

入队列：进行插入操作的一端称为队尾。

出队列：进行删除操作的一端称为队头。

2.2 队列的使用

在java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

方法	功能
boolean offer(E e)	入队列
E pool()	出队列
peek()	获取队头元素
int size()	获取队列中有效元素个数
boolean isEmpty()	检测元素是否为空

注意：Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

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());
	}
}

2.3 双端队列(Deque)

双端队列(deque)是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque是"double ended queue"的简称。那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口。

Deque stack = new ArrayDeque<>(); //双端队列的线性实现
Deque queue = new LinkedList<>(); //双端队列的链式实现

三、相关OJ题

3.1 用队列实现栈。

OJ链接

代码如下：

class MyStack {

    private Queue<Integer> qu1;
    private Queue<Integer> qu2;
    public MyStack() {
        qu1 = new LinkedList<>();
        qu2 = new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        if(!qu1.isEmpty()) {
            qu1.offer(x);
        }else if (!qu2.isEmpty()) {
            qu2.offer(x);
        }else  {
            qu1.offer(x);
        }
    }
    
    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!qu1.isEmpty()) {
            int size = qu1.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                int val = qu1.poll();
                qu2.offer(val);
            }
            return qu1.poll();
        }else  {
            int size = qu2.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                int val = qu2.poll();
                qu1.offer(val);
            }
            return qu2.poll();
        }
    }
    
    public int top() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!qu1.isEmpty()) {
            int size = qu1.size();
            int val = -1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                val = qu1.poll();
                qu2.offer(val);
            }
            return val;
        }else  {
            int size = qu2.size();
            int val = -1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                val = qu2.poll();
                qu1.offer(val);
            }
            return val;
        }
    }
    
    public boolean empty() {
        return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
    }
}

3.2 用栈实现队列。

OJ链接

代码如下：

class MyQueue {

    private Stack<Integer> stack1;
    private Stack<Integer> stack2;
    public MyQueue() {
        stack1 = new Stack<>();
        stack2 = new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        stack1.push(x);
    }
    
    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(stack2.empty()) {
            while (!stack1.empty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.pop();
    }
    
    public int peek() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(stack2.empty()) {
            while (!stack1.empty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
    }
}

---

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了栈与队列的概念及其使用，栈与队列在解决实际问题中有着很大的作用，我们需要多练习，熟能生巧。