程序员,你应该知道的数据结构之栈

数据结构中的栈不要与 Java 中的栈混淆,他们俩不是一回事,数据结构中的栈是一种受限制的线性表,栈具有先进后出、后进先出的特点,因为栈只允许访问最后一个数据项,即最后插入的数据项。也许你会有疑问,栈既然有这么多限制,为什么不用数组或者链表而使用栈?在开发中,我们有特定的场景,根据特定的场景去选用数据结构,栈的适用场景非常多,比如浏览器的前进与后退、字符串括号的合法性等,我们使用栈来实现就比较好,因为栈相对数组、链表来说对外提供的接口要少很多,接口少了,出错的概率就减少了,对风险的可控性就提高了。

实现一个栈

从栈的定义中可以看出,栈主要有两个操作,一个是新增一条数据,我们叫做入栈,另一个是获取一条数据,称为出栈,下面两张图是入栈出栈示意图。

入栈示意图
出栈示意图

栈的实现有两种方式,一种是基于数组实现的,我们叫作顺序栈,另一种是基于链表实现的,我们叫作链式栈。下面是两种栈的实现代码

基于数组的顺序栈

/**
 * 基于数组的顺序栈
 */
public class ArrayStack {

    // 栈最大容量
    private int maxSzie;
    // 存放内容
    private String[] array;
    // 栈顶元素
    private int top;

    public ArrayStack(int size){
        this.maxSzie = size;
        this.array = new String[this.maxSzie];
        this.top = 0;
    }

    /**
     * 入栈操作
     *
     * @param data 数据
     * @return 0:入栈失败 1:入栈成功
     */
    public int push(String data) {
        if (top == maxSzie) return 0;
        array[top] = data;
        top++;
        return 1;
    }

    /**
     * 出栈操作
     *
     * @return
     */
    public String pop() {
        if (top == 0) return null;
        return array[--top];
    }

    /**
     * 获取栈顶元素
     *
     * @return
     */
    public String peek() {
        return array[top - 1];
    }
    /**
     * 判断栈是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return top == 0;
    }
}

基于链表的链式栈

/**
 * 基于链表的链式栈
 */
public class LinkStack {

    // 始终指向栈的第一个元素
    private Node top = null;


    /**
     * 压栈
     *
     * @param data
     * @return
     */
    public int push(String data) {
        Node node = new Node(data);
        if (top == null) {
            top = node;
        } else {
            node.next = top;
            top = node;
        }
        return 1;
    }


    /**
     * 出栈
     *
     * @return
     */
    public String pop() {
        if (top == null) return null;
        String data = top.getData();
        top = top.next;
        return data;
    }

    /**
     * 节点信息
     */
    private static class Node {
        private String data;
        private Node next;

        public Node(String data) {
            this.data = data;
            this.next = null;
        }

        public String getData() {
            return this.data;
        }
    }
}

栈的实现比较简单,因为栈涉及的操作不多,主要就入栈和出栈两个操作。

栈的应用

检测字符串括号的合法性

我们有时候需要检测字符串括号的合法性,即一个左括号需要匹配一个右括号,这个我们可以使用栈来实现。我们可以从一个合法的括号来理解为什么使用栈?如果括号使用合法,最后一个左括号跟第一个右括号是匹配的,倒数第二个左括号和第二个右括号匹配的,以此类推,这符合我们栈的特性先进后出。

假设我们有三种括号:圆括号 ()、方括号 [] 和花括号{},我们使用栈来检测括号的合法性。我们将左括号全部压栈,当出现右括号时,我们就进行匹配,这时候有如下三种情况:

  • 栈为空,说明没有左括号,括号使用不合法
  • 栈中取出来的左括号跟右括号不匹配,括号使用不合法
  • 栈中取出的左括号跟右括号匹配,括号使用暂时合法

当整个字符串都扫描完成后,检测栈中是否还有值,如果栈为空,则说明括号使用合法,反正,则括号使用不合法。

实现代码

public static boolean BracketChecker(String data) {
    char[] chars = data.toCharArray();
    ArrayStack stack = new ArrayStack(chars.length);
    for (char ch : chars) {
        switch (ch){
            case '{':
            case '[':
            case '(':
                stack.push(ch);
                break;
            case '}':
            case ']':
            case ')':
                if (!stack.isEmpty()){
                    char ch1 = stack.pop();
                    if ((ch=='}' && ch1 !='{')
                        ||(ch==']' && ch1 !='[')
                        ||(ch==')' && ch1 !='(')

                    ){
                        return false;
                    }
                }else {
                    return false;
                }

                break;
            default:
                break;
        }

    }
    return stack.isEmpty();
}

浏览器前进、后退功能

我们使用浏览器都知道,浏览器可以前进、后退功能,浏览器的前进后退也符合栈的特点,我们最先访问的网页肯定要最后才能倒回去。我们一起来看看栈怎么实现这个功能?

我们需要定义两个栈,我们将首次访问的页面压栈到第一个栈中,当点击后退时,从第一个栈中取出数据放入到第二个栈,当点击前进按钮时,从第二个栈取出数据放入第一个栈。当第一个栈没有数据时,说明没有页面可以点击后退了,当第二个栈没有数据时,说明没有页面可以点击前进了。这样我们就通过栈实现了浏览器前进、后退功能。

最后

打个小广告,金九银十跳槽季,平头哥给大家整理了一份较全面的 Java 学习资料,欢迎扫码关注微信公众号:「平头哥的技术博文」领取,祝各位升职加薪。
扫码关注

posted @ 2019-08-23 16:01 平头哥的技术博文 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏