【数据结构】栈和队列

栈

1、概念

2、栈的使用

3、栈的模拟实现

栈

1、概念

栈(Stack) ：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 。

来道例题：

1. 若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（）

A: 1,4,3,2 B: 2,3,4,1 C: 3,1,4,2 D: 3,4,2,1

注意：进栈过程中可以出栈，答案选C

2、栈的使用

Stack是Java提供的类，其中包含了可以对栈进行一系列操作的常见方法

栈的方法：

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

代码示例：

public static void main(String[] args) {Stack<Integer> stack=new Stack<>();stack.push(40);stack.push(30);stack.push(20);stack.push(10);System.out.println(stack);//[40, 30, 20, 10]System.out.println(stack.search(new Integer(40)));//返回40下标4System.out.println(stack.pop());//删除栈顶元素10并返回System.out.println(stack.peek());//获取栈顶元素 20}

3、栈的模拟实现

从上图中可以看到， Stack 继承了 Vector ， Vector 和 ArrayList 类似，都是动态的顺序表，不同的是 Vector 是线程安全的。

代码实例：

public class Mystack {int []elem;int size;public Mystack(){elem=new int[10];}public int push(int e){ensureCapacity();elem[size++] = e;return e;}public int peek(){if(empty()){throw new RuntimeException("栈为空，无法获取栈顶元素");}return elem[size-1];}public boolean empty(){return 0 == size;}public int pop(){int e = peek();size--;return e;}//扩容private void ensureCapacity(){if(size==elem.length)elem= Arrays.copyOf(elem,size*2);}
}

队列

1、概念

队列(Queue)：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、队列的使用

在 Java 中， Queue 是个接口，底层是通过链表实现 的。

Queue方法：

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 ( )	获取队列有效元素个数
boolean isEmpty( )	检测队列是否为空

注意： Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

代码实例：

public static void main(String[] args) {Queue<Integer> 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());}}

3、队列模拟实现

队列中既然可以存储元素，那底层肯定要有能够保存元素的空间，通过前面线性表的学习了解到常见的空间类型有两种：顺序结构和链式结构 。 列的实现使用一般使用链式结构

public class MyQueue {// 双向链表节点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 -1;}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 -1;}return first.value;}public int size() {return size;}public boolean isEmpty(){return first == null;}
}

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。

为什么要有循环列队

用数组实现队列时：

用循环队列可以解决空间浪费的问题

如何用代码将数组是变为循环队列

rear向后移动公式

rear =（ rear+1）% array.length

rear向前移动公式

rear =（ rear-1+ array.length）% array.length

如何区分空与满

在未放元素时，rear=front，随着元素放满，rear与front相遇时，代表队列已满。那么，如何用代码区分队列为空与队列为满呢

有三种办法：

计数器：通过添加 count 属性记录
使用标记，定义boolean 类型元素
保留一个位置不放元素（判断rear下一个是否为 front ）

小伙伴可以做道题练练手

设计循环队列

5、双端队列

双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列， deque 是 “double ended queue” 的简称。

那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

在实际工程中，使用 Deque 接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();// 双端队列的线性实现

Deque<Integer> queue = new LinkedList<>();// 双端队列的链式实现

本篇文章到此结束，接下来会对二叉树相关知识进行讲解