Java集合框架：栈、Stack详解

目录

一、栈

二、栈的使用

         1. Stack类

2. 栈的模拟实现

三、栈的应用场景

1. 改变元素的序列

2. 将递归转化为循环（如：逆序打印链表）

3. 栈的oj题练习（oj题中都用到了栈这种数据结构）

四、栈，虚拟机栈，栈帧的区别

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前言

    栈是一种数据结构，一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。数据插入和删除的操作的一端称作栈顶，另一端称作栈底。栈中的数据元素遵守一个原则：先进后出。   

一、栈

压栈：栈的插入操作叫做压栈/ 进栈，压栈在栈顶操作。

出栈：栈的删除操作叫做出栈，出栈数据也是在栈顶。

 如下图解：

     栈中的数据元素遵循后进先出的原则（Last in first out）就像子弹的上膛操作和射击操作。

二、栈的使用

    在Java集合框架中，栈使用的具体类是Stack，（但是并不是只有Sack一个类可以当作栈来使用）接下来就具体介绍下集合框架中栈的使用。

 1. Stack类

    Stack类的方法的使用：

Stack（）	实例化一个栈（此时栈是空的）
E push（E e）	压栈操作，将e元素入栈，并返回e
E pop（）	将栈顶元素出栈并返回
E peek（）	获取栈顶元素（但此时栈顶元素并没有出栈，只是看了一眼栈顶元素是哪个）
int size（）	获取栈中有效元素个数
boolean empty（）	判断栈是否为空（是否有元素），返回值为布尔类型

    栈方法的使用演示：

public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack<>();
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        stack.push(4);
        System.out.println(stack.size());
        System.out.println(stack.peek());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.size());
        System.out.println(stack.empty());
    }

要想真正了解Stack类中方法实现的逻辑最好还是模拟实现一个栈；

2. 栈的模拟实现

//用数组/顺序表实现的栈
//顺序栈

public class MyStack {
    public int[] elem;
    public int usedSize;
    public MyStack() {
        this.elem = new int[10];
    }
    //压栈
    public void push(int val) {
        if (isFull()) {
            elem = Arrays.copyOf(elem,2*elem.length);
        }
        elem[usedSize++] = val;
    }
    public boolean isFull() {
        return usedSize == elem.length;
    }
    //出栈
    public int pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyException("栈是空的！");
        }
        /*int val = elem[usedSize - 1];
        usedSize--;
        return val;*/
        return elem[--usedSize];
    }
    public boolean isEmpty() {
        return usedSize == 0;
    }
    //求栈中元素个数
    public int size() {
        return usedSize;
    }
    //获取栈顶元素
    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyException("栈是空的！");
        }
        return elem[usedSize - 1];
    }

三、栈的应用场景

1. 改变元素的序列

 2. 将递归转化为循环（如：逆序打印链表）

     几种打印链表的方式：

//递归打印链表(逆序打印链表)
    public void display3(ListNode pHead) {
        if (pHead == null) return;
        if (pHead.next == null) {
            System.out.print(pHead.val + " ");
            return;
        }
        display3(pHead.next);
        System.out.print(pHead.val + " ");
    }

    //用栈结构打印链表(逆序打印链表)
    public void display4() {
        Stack stack = new Stack<>();
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            stack.push(cur);
            cur = cur.next;
        }
        //遍历栈
        while (!stack.isEmpty()) {
            ListNode top = stack.pop();
            System.out.print(top.val + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    //遍历打印链表
    public void display() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

3. 栈的oj题练习（oj题中都用到了栈这种数据结构）

1. 括号匹配    力扣	思路：用栈这种数据结构即可解决问题：遇到的左括号就入栈，如果遇到右括号就获取栈顶元素进行匹配，能够匹配就出栈。 最后看栈是否为空，如果站空，则括号就是匹配的。
2. 逆波兰表达式求值    力扣	思路：遇到操作数就入栈，遇到运算符就出栈两个操作数(注：先出右操作数，再出左边操作数) ，进行运算，之后把运算结果入栈，然后重复上述操作，最后栈中的元素就是表达式的结果。
3. 出栈入栈次序匹配    栈的压入、弹出序列_牛客题霸	思路：先入栈压入序列，在压入序列入栈的过程中，判断出栈序列中的数据和入栈序列中的数据是否相同，如果相同就开始出栈，最后看栈是否为空，如果栈空，入栈序列和出栈序列就是相对应的。
4. 最小栈    力扣	思路：用两个栈，其中一个放入的元素是入栈的序列，另一个栈维护最小值，当minStack空时，先入栈第一个元素，之后和入栈序列中的元素进行比较，如果minStack中的栈顶元素比当前入栈元素大，此时就更新minStack中的最小值。

四、栈，虚拟机栈，栈帧的区别

栈	是一种数据结构，在Java标准库中有对应的实现 --> Stack类，而Stack类是继承于Vector的，和Vector的区别：Stack不是线程安全的，而Vector是线程安全的。
虚拟机栈	是一块有特殊作用的内存空间，jvm为了对数据更好的管理，将内存按照不同的需求划分出的一种结构。 栈区：包含方法调用的相关信息，最主要的就是栈帧，其中栈帧是按照栈这种数据结构实现的。
栈帧	当new一个对象或赋值内置类型时，jvm就会在栈区中开辟一块空间，这块空间就是在栈区中，栈帧也是一种结构，包含局部变量表，操作数....每个方法在运行时，jvm都会创建一个栈帧，然后将栈帧入栈到虚拟机栈中执行方法体，当方法调用结束时，该方法对应的栈帧就会从虚拟机中出栈。