『数据结构与算法』栈（原理与实现）

人生处万类,知识最为贤。这篇文章主要讲述『数据结构与算法』栈：原理与实现相关的知识，希望能为你提供帮助。
1. 栈（Stack）
栈又叫堆栈，是一种运算受限制的线性表，限定只能在一端进行插入和删除操作，该端称为栈顶（Top），相对的另一端叫栈底（Bottom）。
根据栈的定义可知，最先进入栈的元素在栈底，最后进入栈的元素在栈顶。而删除元素刚好相反，即删除顺序从栈顶到栈底
对栈的操作只有两种：

入栈（push）：又叫进栈或压栈，即向栈插入一条新的元素，该元素为新的栈顶元素。
出栈（pop）：又叫退栈，即从栈顶删除（取出）最后入栈的元素，而其相邻元素成为新的栈顶元素。

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栈是一个先进后出（FILO - First In Last Out）的有序列表。在上图中描述了栈的模型，我们对栈的操作只有push和pop，栈顶元素是该栈唯一可见的元素。
2. 代码实现
由于栈是一个表，因此任何实现表的方法都能实现栈。显然我们之前用到的《数组》和《链表》都可以实现栈。下面代码是使用数组实现的一个栈。
size表示栈内元素的大小，栈顶元素为 elementData[size - 1]，栈底元素为 elementData[0]。入栈时执行 size++，出站时执行 size--

public class StackDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("-------------------入站"); Stack< String> stack = new Stack< > (10); stack.push("a"); stack.push("b"); stack.push("c"); stack.push("d"); stack.push("e"); stack.print(); System.out.println("元素大小: " + stack.size()); System.out.println("栈容量: " + stack.capacity()); System.out.println("-------------------出站"); System.out.println("出站元素: " + stack.pop()); System.out.println("出站元素: " + stack.pop()); stack.print(); System.out.println("元素大小: " + stack.size()); System.out.println("栈容量: " + stack.capacity()); }private static class Stack< E> { private int size; // 元素大小 private final int capacity; // 栈的容量 transient Object[] elementData; // 元素数据public Stack(int capacity) { if (capacity < = 0) { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + capacity); } else { this.capacity = capacity; elementData = https://www.songbingjia.com/android/new Object[capacity]; } }/** * 获取栈的元素大小 * * @return */ public int size() { return size; }/** * 获取栈的容量 * * @return */ public int capacity() { return capacity; }/** * 入栈 * * @param e * @return */ public boolean push(E e) { if (size > = capacity) { return false; } elementData[size++] = e; return true; }/** * 出栈 * * @return */ public E pop() { if (size < = 0) { return null; } return (E) elementData[--size]; }/** * 打印元素数据 */ public void print() { System.out.print("站内元素: "); for (int i = 0; i < size; i++) { System.out.printf("%s\\t", elementData[i]); } System.out.println(); } } }

输出结果：

-------------------入站站内元素: a bcde 元素大小: 5 栈容量: 10 -------------------出站出站元素: e 出站元素: d 站内元素: a bc 元素大小: 3 栈容量: 10

3. 栈的应用 - 平衡符号
编译器检查程序的语法错误时，常常会因为缺少一个符号（如遗漏一个花括号等）引起编译器上列出上百行的诊断，而真正的错误并没有找出。在这种情况下，如果能有一个工具能够检测括号必须成对出现那就好了，这便可以使用栈进行解决。
下面代码使用了java自带的Stack类进行实现。字符串[ ( ) ]是合法的，而[ ( ] )是错误的。
代码实现：

public class StackDemoBalancedChar {public static void main(String[] args) {BalancedChar balancedChar = new BalancedChar(); String str = "[()][{}][][((()))]"; boolean ok = balancedChar.isOk(str); System.out.printf("字符串：%s\\t----> %s", str, ok); }private static class BalancedChar { private final char[] openArray = {\'(\', \'[\', \'{\'}; // 左括号 private final char[] closeArray = {\')\', \']\', \'}\'}; // 右括号/** * 判断字符串是否正确 * * @param str * @return */ public boolean isOk(String str) { // 使用 Java 自带的 Stack 类 Stack< Character> stack = new Stack< > (); boolean ok = true; // 判断字符串是否正确for (char c : str.toCharArray()) {// 若不是平衡符则忽略 if (!isBalancedChar(c)) { continue; }// 如果是左括号，则入栈 if (isOpen(c)) { stack.push(c); continue; }// 如果是右括号，而栈为空则报错 if (stack.empty()) { ok = false; break; } // 如果是右括号，从栈中取出一个元素，并与当前元素判断是否是一对，若不是一对则报错 Character open = stack.pop(); if (!isTwain(open, c)) { ok = false; } }return ok & & stack.empty(); }/** * 是否为左括号 * * @param c * @return */ public boolean isOpen(char c) { return inArray(openArray, c); }/** * 是否为右括号 * * @param c * @return */ public boolean isClose(char c) { return inArray(closeArray, c); }/** * 是否是平衡符 */ public boolean isBalancedChar(char c) { return isOpen(c) || isClose(c); }/** * 是否在数组中 * * @param charArray * @param c * @return */ public boolean inArray(char[] charArray, char c) { for (char c1 : charArray) { if (c1 == c) { return true; } } return false; }/** * 是否一对平衡符 * * @param open * @param close * @return */ public boolean isTwain(char open, char close) { switch (open) { case \'(\': if (close == \')\') { return true; } case \'[\': if (close == \']\') { return true; } case \'{\': if (close == \'}\') { return true; } default: return false; } }} }

输出结果：