一、栈
1.1 概述
Java为什么要有集合类: 临时存储数据。
链表的本质: 对象间通过持有和引用关系互相关联起来。
线性表: 普通线性表, 操作受限线性表(某些操作受到限制 --> 某一个线性表它的增删改操作受到限制) --> 栈 & 队列
1.1.1 线性表的概念
（1）线性表：n个数据元素的有序序列。
①首先，线性表中元素的个数是有限的。
②其次，线性表中元素是有序的。
（2）那这个”序”指的是什么呢？
①除表头和表尾元素外，其它元素都有唯一前驱和唯一后继，其唯一前驱或唯一后继确定了该元素在线性表中的位置。
②因此，线性表中，每个数据元素都有一个确定的位序，这个确定的位序我们称之为索引。 表头元素有唯一后继，无前驱，表尾元素有唯一前驱，无后继。
1.1.2 栈的概念
栈是一种”操作受限”的线性表，体现在只能在一端插入和删除数据，符合FILO的特性。
FILO: 先进后出,
LIFO: 后进先出
1.1.3 栈的应用
线性表和哈希表在以后工作中会最常用。
栈在实际工作中不常用
应用场景：
1.函数调用栈
2.反序字符串: 实现reNumber(str)方法,反转字符串(附代码) 。
public class DemoStack1 {
public static void main(String[] args) {
String str = "123456789";
String reStr = reStr(str);
System.out.println(reStr);
}
// 栈先进后出
public static String reStr(String str){
MyArrayStack<Character> stack = new MyArrayStack<>();
for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
stack.push(str.charAt(i));
}
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
// 1 2 3 4 5 6 7 8 9
while (!stack.isEmpty()){
Character pop = stack.pop();
buffer.append(pop);
}
return buffer.toString();
}
}
3.括号匹配问题: 实现judgeBracket(str)方法来判断括号匹配 （附代码）。
public class DemoStack2 {
public static void main(String[] args) {
String str = "public class) DemoStack2 {public static void main(String[] args) {}}";
boolean bool = judgeBracket(str);
System.out.println(bool);
}
public static boolean judgeBracket(String str){
MyArrayStack<Character> stack = new MyArrayStack<>();
for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
char c = str.charAt(i);
// 判断c 是left括号, 然后入栈
if (c == '{'){
stack.push('}');
} else if (c == '['){
stack.push(']');
}else if (c == '('){
stack.push(')');
} else if (c == '}' || c == ')' || c == ']'){
Character pop = stack.pop();
if (c != pop){// 不匹配
return false;
}
}
}
return stack.isEmpty();
}
}
4.编译器利用栈实现表达式求值
5.浏览器的前进后退功能
6. 利用栈实现 DFS: depth-first-search 深度优先遍历(树 图)
编译器利用栈实现表达式求值
中缀表达式: 2 + 3 * 2 给人看的 , 运算符放到中间
前缀表达式: + 2 * 3 2 运算符放到之前
后缀表达式: 2 3 2 * + 运算符放到后面
// 中缀表达式转化为后缀:
// 遍历中缀表达式
// 遇到操作数输出
// 遇到操作符, 出栈, 直到遇到更低优先级的操作符, 操作符入栈
// 遍历完成, 全部弹栈
// 中缀表达式转化为前缀:
// 遍历中缀表达式: 逆序遍历
// 遇到操作数输出: 头插法
// 遇到操作符, 出栈, 只弹出更高优先级的操作符, 操作符入栈
// 遍历完成, 全部弹栈
二、队列
2.1 队列的概念
队列也是一种”操作受限”的线性表，体现在一端插入数据在另一端删除数据，特性是FIFO。
2.2 队列的实现
实现一个集合类
集合类: 数据容器
底层: 数组 or 链表
数据结构表现: 队列
(1)用数组实现一个队列。
public class MyArrayQueue <T> {
private final int MAX_CAPACITY = Integer.MAX_VALUE - 8;
private final int INIT_CAPACITY = 16;
private Object[] objs;
private int size;
private int head;// 头的下标
private int end;// 尾的下标
public MyArrayQueue(){
objs = new Object[INIT_CAPACITY];
}
public MyArrayQueue(int initCapcity){
if (initCapcity <= 0 || initCapcity > MAX_CAPACITY) throw new IllegalArgumentException("" + initCapcity);
objs = new Object[initCapcity];
}
public boolean offer(T t){
// 如果数组满了
if (size == objs.length){
int newLen = getLen();
grow(newLen);
}
// 可以添加
if (isEmpty()){
// 没有任何元素存储: 新添加的元素就是唯一的元素
objs[head] = t;
end = head;
size++;
return true;
} else {
// 原本存储就有内容
// 尾后移一位
end = (end + 1) % objs.length;
objs[end] = t;
size++;
return true;
}
}
private void grow(int newLen) {
Object[] newArr = new Object[newLen];
for (int i = 0; i < objs.length; i++) {
int index = (head + i) % objs.length;
newArr[i] = objs[index];
}
objs = newArr;
head = 0;
end = size - 1;
}
private int getLen() {
int oldLen = objs.length;
int newLen = oldLen << 1;
// 判断新长度是否溢出
if (newLen <= 0 || newLen > MAX_CAPACITY){
newLen = MAX_CAPACITY;
}
// 如果新长度和旧长度一样
if (newLen == oldLen)throw new RuntimeException("stack can not add");
return newLen;
}
public T poll(){
if (isEmpty()) throw new RuntimeException("queue is empty");
if (size == 1){
// 原队列中只剩一个元素
T oldValue = (T)objs[head];
head = 0;
end = 0;
size--;
return oldValue;
} else {
// 队列中超过一个元素
T oldValue = (T)objs[head];
head = (head + 1) % objs.length;
size--;
return oldValue;
}
}
public T peek(){
if (isEmpty()) throw new RuntimeException("queue is empty");
return (T)objs[head];
}
public int size() {
return size;
}
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
}
（2）用链表实现一个链表。
public class MyLinkedQueue <T> {
private Node head;// 队头
private Node end; // 队尾
private int size;
// 添加 offer
// 删除 poll
// 查看队头元素 peek
public boolean offer(T t){
// 如果原队列为空
if (isEmpty()){// 原队列空
// 让头尾都指向这个新加的结点
head = new Node(t, null);
end = head;
size++;
return true;
}
// 原队列不空
// 把这个元素添加到队尾
end.next = new Node(t, null);
end = end.next;// end后移
size++;
return true;
}
public T poll(){
if (isEmpty()) throw new RuntimeException("queue is empty");
if (size == 1){
// 代表着, 链表中只有一个元素
T oldVlaue = head.value;
head = null;
end = null;
size--;
return oldVlaue;
}else {
T oldVlaue = head.value;
head = head.next;
size--;
return oldVlaue;
}
}
public T peek(){
if (isEmpty()) throw new RuntimeException("queue is empty");
return head.value;
}
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
public int size(){
return size;
}
class Node{
T value;
Node next;
public Node(T value, Node next) {
this.value = value;
this.next = next;
}
}
}
2.3 队列的应用
（1）队列更不常用(自己写代码使用不常用):
（2）常见, 很多jdk源码, 中间件的源码上 很多地方使用了队列
Eg:
①生产者消费者问题
生产者 – 消费者
生产者: 厨师
消费者: 吃面包的人
桌子: 放面包的地方
②线程池
线程池: 任务
生产者: 产生任务
消费者: 线程
桌子: 队列
③生态环境:
第三方轮子: 要看懂
Maven
④消息队列和缓存。
（3）普通队列的应用场景是很有限的，一般在工程中用到的是阻塞队列。
①阻塞队列(有一个队列, 大小一定)：常用于生产者-消费者模型中。
当队列满的时候，入队列就阻塞。
当队列空的时候，出队列就阻塞。
②利用队列实现 BFS:breadth first search 广度优先搜索/ 遍历 ()
到此这篇关于Java数据结构学习之栈和队列的文章就介绍到这了,更多相关Java栈和队列内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！
