程序员的进阶课-架构师之路（4）-栈

一、栈的定义

【百度百科】栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。栈具有记忆作用，对栈的插入与删除操作中，不需要改变栈底指针。

栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top)，另一端为栈底(bottom)；栈底固定，而栈顶浮动；栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为进栈（PUSH），删除则称为退栈（POP）。栈也称为后进先出表。

由于堆叠数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运作。栈也称为后进先出表。

二、栈的示意图

三、栈的实现方式

栈可以用顺序存储，也可以用链式存储，分别称为顺序栈和链栈。

四、Java中栈的实现举例

1.利用栈实现字符串逆序

    @Test
    public void testStringReversal(){
        Stack stack=new java.util.Stack();
        String str="Hello World!";
        
        char[] chars = str.toCharArray();
        for (char c : chars) {
            stack.push(c);
        }
        
        while (!stack.isEmpty()) {
            System.out.print(stack.pop());
        }

    }

2.用栈实现括号匹配

假设表达式中只允许两种括号：()、{}；
正确表达顺序为：()或{}或({})或{({}{})}的形式；如{(}或(})或({)}的表达形式均不对。
算法的设计思想：

　　1）出现左括弧则进栈；

　　2）出现右括弧则首先检测栈是否为空；

• 　　　　若栈空则表明此右括弧多余，表达式不匹配。
• 　　　　否则和栈顶数据比较，若匹配则栈顶出栈。
• 　　　　否则表明表达式不匹配；

　　3）最后若栈空，则表明匹配成功；否则表明不匹配。

/**
 * 此题还可以引申至配对字符符匹配问题，如单引号，双引号匹配问题。
 */
public class ExpStackMatching {
    public boolean matching(String expression) {
        if (expression == null || expression == "") {
            System.out.println("输入表达式为空或没有输入表达式");
        }
        Stack stack = new java.util.Stack();
        for (int index = 0; index < expression.length(); index++) {
            switch (expression.charAt(index)) {
                case '(':
                    stack.push(expression.charAt(index));
                    break;
                case '{':
                    stack.push(expression.charAt(index));
                    break;
                case ')':
                    if (!stack.empty() && stack.peek() == '(') {
                        stack.pop();
                    }
                    break;

                case '}':
                    if (!stack.empty() && stack.peek() == '{') {
                        stack.pop();
                    }
            }
        }

        if (stack.empty())
            return true;
        return false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        String expression = "{((1+3)+2+4)+9*7}";
        ExpStackMatching oj = new ExpStackMatching();
        boolean flag = oj.matching(expression);
        if (flag) {
            System.out.println("匹配成功！");
        } else {
            System.out.println(" 匹配失败 ");
        }
    }
}

五、栈的字节码解析

六、我们使用过的栈

1. Struts2的ValueStack(值栈)
2. 使用栈实现浏览器的前进和后退

七、栈的总结

栈是一个概念上的工具，具体能实现什么功能可以由我们去想象。栈通过提供限制性的访问方法push()和pop()，使得程序不容易出错。

对于栈的实现，我们稍微分析就知道，数据入栈和出栈的时间复杂度都为O(1)，也就是说栈操作所耗的时间不依赖栈中数据项的个数，因此操作时间很短。而且需要注意的是栈不需要比较和移动操作，我们不要画蛇添足。

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参考文章

1. https://blog.csdn.net/weixin_41362649/article/details/81660908
2. https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7911910.html
3. https://www.cnblogs.com/rrttp/p/7913091.html