Java栈与队列

• 目录

  一、栈是什么？

  1.1概念

  1.2 栈的使用

  1.3 栈的模拟实现

  二、队列是什么？

  2.1 概念

  2.2 队列的使用

  2.3 队列模拟实现

  2.4 循环队列

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一、栈是什么？

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称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）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 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

import java.util.Arrays;

public class MyStack {
    int[] array;
    int size;
    //构造函数设置栈的初始值
    public MyStack(){
        array = new int[3];
    }
    //push进栈操作
    public int push(int e){
        ensureCapacity();
        array[size++] = e;
        return e;
    }
    //出栈操作
    public int pop(){
        int e = peek();
        size--;
        return e;
    }
    //获取栈顶元素
    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、队列是什么？

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FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear） 出队列：进行删除操作的一端称为队头（Head/Front）

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 poll()	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()	检测队列是否为空

    public static void main(String[] args) {
        Queue 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 队列模拟实现

public class MyQueue {
    public static class ListNode{
        ListNode next;
        ListNode prev;
        int value;
        ListNode(int value){
            this.value = value;
        }
    }
    ListNode first; // 队头
    ListNode last; // 队尾
    int size = 0;
    // 入队列---向双向链表位置插入新节点
    public void offer(int e){
        ListNode newNode = new ListNode(e);
        if(first == null){
            first = newNode;
        // last = newNode;
        }else{
            last.next = newNode;
            newNode.prev = last;
        // last = newNode;
        } 
        last = newNode;
        size++;
    } 
    // 出队列---将双向链表第一个节点删除掉
    public int poll(){
    // 1. 队列为空
    // 2. 队列中只有一个元素----链表中只有一个节点---直接删除
    // 3. 队列中有多个元素---链表中有多个节点----将第一个节点删除
        int value = 0;
        if(first == null){
            return 0;
        }else if(first == last){
            last = null;
            first = null;
        }else{
            value = first.value;
            first = first.next;
            first.prev.next = null;
            first.prev = null;
        } 
        --size;
        return value;
    } 
    // 获取队头元素---获取链表中第一个节点的值域
    public int peek(){
        if(first == null){
            return 0;
        } 
        return first.value;
    }
    public int size() {
        return size;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return first == null;
    }
}

 2.4 循环队列

实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。环形队列通常使用数组实现。

数组下标循环的小技巧
1. 下标最后再往后(offset 小于 array.length): index = (index + offset) % array.length

2. 下标最前再往前(offset 小于 array.length): index = (index + array.length - offset) % array.length 

 

如何区分空与满

1. 通过添加 size 属性记录
2. 保留一个位置
3. 使用标记