Java中队列和栈实现——基于集合

Stack在Java中实现

在Java中，栈是一种后进先出（LIFO，Last In First Out）的数据结构。这意味着最后放入栈中的元素将最先被移除。栈的主要操作有两个：入栈（push）和出栈（pop）。除此之外，栈还可以用于查看栈顶元素。

栈的主要操作

1. push：将元素添加到栈顶。
2. pop：移除并返回栈顶元素。如果栈为空，通常会抛出异常。
3. peek：查看栈顶元素，但不移除它。如果栈为空，通常会抛出异常。
4. isEmpty：检查栈是否为空。
5. size：获取栈中元素的数量（可选）。

Java中的栈实现

Java标准库提供了一个 Stack 类，这是 Vector 类的子类。虽然可以使用 Stack 类来实现栈，但更推荐使用 Deque 接口的实现，例如 ArrayDeque，因为它们在性能上通常更优。

使用 Stack 类示例

import java.util.Stack;

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();

        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);

        System.out.println("栈顶元素: " + stack.peek()); // 输出栈顶元素
        System.out.println("出栈元素: " + stack.pop()); // 输出并移除栈顶元素
        System.out.println("栈是否为空: " + stack.isEmpty());
    }
}

使用 ArrayDeque 示例

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();

        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);

        System.out.println("栈顶元素: " + stack.peek()); // 输出栈顶元素
        System.out.println("出栈元素: " + stack.pop()); // 输出并移除栈顶元素
        System.out.println("栈是否为空: " + stack.isEmpty());
    }
}

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Queue在Java中实现

在Java中，Queue 是一个用于存储元素的集合数据结构，遵循先进先出（FIFO，First-In-First-Out）的原则。这意味着最早插入的元素最先被移除。Queue 接口是 Java Collections Framework 的一部分，它位于 java.util 包中。

主要特性

1. FIFO 语义：元素的处理顺序是按照它们被添加的顺序。
2. 插入和删除：常见操作包括添加元素（enqueue）和移除元素（dequeue）。
3. 可扩展：Queue 接口有多个实现，例如 LinkedList、PriorityQueue 和 ArrayDeque。

常用的方法

• add(E e)：将元素插入队列，如果队列满则抛出异常。
• offer(E e)：将元素插入队列，如果队列满则返回 false。
• remove()：移除并返回队列头部的元素。如果队列为空，则抛出异常。
• poll()：移除并返回队列头部的元素，如果队列为空则返回 null。
• peek()：返回队列头部的元素，且不移除。若队列为空，返回 null。
• size()：返回队列中的元素数量。
• isEmpty()：判断队列是否为空。

常见实现

1. LinkedList：支持双向链表，适合频繁的队列操作。

   Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
   queue.offer(1);
   queue.offer(2);
   System.out.println(queue.poll()); // 输出 1
   

2. PriorityQueue：按照自然顺序或自定义排序顺序存储元素，适合需要优先级处理的场景。

   Queue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();
   priorityQueue.offer(2);
   priorityQueue.offer(1);
   System.out.println(priorityQueue.poll()); // 输出 1
   

3. ArrayDeque：基于动态数组实现，性能优越且可以在两端插入和删除。

   Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();
   deque.offer(1);
   deque.offer(2);
   System.out.println(deque.poll()); // 输出 1
   

总结

Queue 是一个非常实用的接口，适用于许多需要顺序处理的场景，如任务调度、消息传递等。通过不同的实现类，可以根据需求选择合适的队列类型。