栈和队列

栈

概念

栈也是用来存储逻辑关系为 "一对一" 数据的线性存储结构。

栈存储结构对数据 "存" 和 "取" 的过程有特殊的要求：

栈只能从表的一端存取数据，另一端是封闭的，如图 1 所示；

 

在栈中，无论是存数据还是取数据，都必须遵循"先进后出"的原则，即最先进栈的元素最后出栈。拿图 1 的栈来说，从图中数据的存储状态可判断出，元素 1 是最先进的栈。因此，当需要从栈中取出元素 1 时，根据"先进后出"的原则，需提前将元素 4、元素 3 、元素 2 从栈中取出，然后才能成功取出元素 1。

 

因此，我们可以给栈下一个定义，即栈是一种只能从表的一端存取数据且遵循 "先进后出" 原则的线性存储结构。

 

通常，栈的开口端被称为栈顶；相应地，封口端被称为栈底。因此，栈顶元素指的就是距离栈顶最近的元素，拿图 2 来说，栈顶元素为元素 4；同理，栈底元素指的是位于栈最底部的元素，图 2 中的栈底元素为元素 1。

 

进栈和出栈

基于栈结构的特点，在实际应用中，通常只会对栈执行以下两种操作：

向栈中添加元素，此过程被称为"进栈"（入栈或压栈）；

从栈中提取出指定元素，此过程被称为"出栈"（或弹栈）；

 

Stack和Collection的关系

栈的具体实现

栈是一种 "特殊" 的线性存储结构，因此栈的具体实现有以下两种方式：

顺序栈：采用顺序存储结构可以模拟栈存储数据的特点，从而实现栈存储结构；

链栈：采用链式存储结构实现栈结构；

 

两种实现方式的区别，仅限于数据元素在实际物理空间上存放的相对位置，顺序栈底层采用的是数组，链栈底层采用的是链表。

 

Java中Stack是通过数组实现的，而非链表。

 

Stack的构造函数

Stack只有一个默认构造函数，如下：

Stack()

 

Stack的API

Stack是栈，它常用的API如下：

boolean      empty()

synchronized E                       peek()

synchronized E            pop()

           E             push(E object)

synchronized int           search(Object o)

 

实现解析

Stack实际上也是通过数组去实现的。

执行push时（即，将元素推入栈中），是通过将元素追加的数组的末尾中。

执行peek时（即，取出栈顶元素，不执行删除），是返回数组末尾的元素。

执行pop时（即，取出栈顶元素，并将该元素从栈中删除），是取出数组末尾的元素，然后将该元素从数组中删除。

 

Stack实例

StackTest代码

 

 

队列

概念

队列，也是一种对数据的"存"和"取"有严格要求的线性存储结构。

与栈结构不同的是，队列的两端都"开口"，要求数据只能从一端进，从另一端出，如图 1 所示：

 

 

通常，称进数据的一端为 "队尾"，出数据的一端为 "队头"，数据元素进队列的过程称为 "入队"，出队列的过程称为 "出队"。

 

不仅如此，队列中数据的进出要遵循 "先进先出" 的原则，即最先进队列的数据元素，同样要最先出队列。拿图 1 中的队列来说，从数据在队列中的存储状态可以分析出，元素 1 最先进队，其次是元素 2，最后是元素 3。此时如果将元素 3 出队，根据队列 "先进先出" 的特点，元素 1 要先出队列，元素 2 再出队列，最后才轮到元素 3 出队列。

栈和队列不要混淆，栈结构是一端封口，特点是"先进后出"；而队列的两端全是开口，特点是"先进先出"。

 

因此，数据从表的一端进，从另一端出，且遵循 "先进先出" 原则的线性存储结构就是队列。

 

Queue和Collection的关系

 

队列的实现

队列存储结构的实现有以下两种方式：

顺序队列：在顺序表的基础上实现的队列结构；

链队列：在链表的基础上实现的队列结构；

 

两者的区别仅是顺序表和链表的区别，即在实际的物理空间中，数据集中存储的队列是顺序队列，分散存储的队列是链队列。

 

Queue 方法

 

添加、删除、查询这些个操作都提供了两种形式，其中一种在操作失败时直接抛出异常，而另一种则返回一个特殊的值：

 

1、add(E)，offer(E) 在尾部添加：

boolean add(E e);

boolean offer(E e);

 

共同之处：

禁止添加 null 元素，否则会报空指针 NullPointerException；

 

不同之处：

add() 方法在添加失败（比如队列已满）时会报一些运行时错误，而 offer() 方法即使在添加失败时返回 false。

 

2、remove(), poll() 删除并返回头部：

E remove();

E poll();

 

当队列为空时 remove() 方法会报 NoSuchElementException 错; 而 poll() 不会报错，只会返回 null。

 

3、element(), peek() 获取但不删除：

E element();

E peek();

 

当队列为空时 element() 抛出异常；peek() 不会报错，只会返回 null。