Java 栈与队列超详细分析讲解

目录

• 一、栈（Stack）
• 1、什么是栈？
• 2、栈的常见方法
• 3、自己实现一个栈（底层用一个数组实现）
• 二、队列（Queue）
• 1、什么是队列？
• 2、队列的常见方法
• 3、队列的实现（单链表实现）
• 4、循环队列

一、栈（Stack）

1、什么是栈？

栈其实就是一种数据结构 - 先进后出（先入栈的数据后出来，最先入栈的数据会被压入栈底）

什么是java虚拟机栈？

java虚拟机栈只是JVM当中的一块内存，该内存一般用来存放 例如：局部变量当调用函数时，我们会为函数开辟一块内存，叫做 栈帧，在 java虚拟机栈中开辟，具体如下。

常见考点：不可能的出栈顺序

这道题该怎么分析呢？

首先我们知道，出栈时拿到的第一个元素为4，那么4必须入栈，因为入栈的顺序是 1 2 3 4 5 6，所以4要入栈，1 2 3 得先入栈。（通过后面分析得知，该出栈序列正确）

2、栈的常见方法

3、自己实现一个栈（底层用一个数组实现）

public class MyStack {
    public int[] elem;
    public int usedSize;

    public MyStack() {
        this.elem = new int[4];
    }

    // 放入元素
    public void push(int val) {
        if(isFull()) {
            // 如果放满了，二倍扩容
            this.elem = Arrays.copyOf(elem,2 * elem.length);
        }
        this.elem[this.usedSize++] = val;
    }
    // 获取栈顶元素并弹出
    public int pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("栈为空！");
        }
        usedSize--;
        return elem[usedSize];
    }
    // 获取栈顶元素
    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("栈为空！");
        }
        return elem[usedSize-1];
    }
    // 是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return usedSize == 0;
    }
    // 是否满了
    public boolean isFull() {
        return elem.length == usedSize;
    }
}

二、队列（Queue）

1、什么是队列？

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。

入队列：进行插入操作的一端称为队尾

出队列：进行删除操作的一端称为队头

2、队列的常见方法

// 普通队列
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(1);// 队尾入
int top = queue.peek();// 获取队头元素
queue.poll();// 弹出队尾元素并返回

// 双端队列
Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
deque.offer(1);// 默认队尾入
deque.offerFirst(2);// 队头入
deque.offerLast(3);// 队尾入

deque.peekFirst();// 获取队头元素
deque.peekLast();// 获取队尾元素

deque.pollFirst();// 弹出队头元素并返回
deque.pollLast();// 弹出队尾元素并返回

3、队列的实现（单链表实现）

/**
 * 每个节点
 */
class Node{
    public int val;
    public Node next;

    public Node(int val) {
        this.val = val;
    }
}
public class MyQueue {
    public Node head;
    public Node tail;

    /**
     * 插入元素 -- 尾插法
     * @param val
     */
    public void offer(int val) {
        Node node = new Node(val);
        if (head == null) {
            head = node;
            tail = node;
        }else {
            tail.next = node;
            tail = tail.next;
        }
    }

    /**
     * 出队列
     */
    public int poll() {
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空！");
        }
        int val = head.val;
        head = head.next;
        return val;
    }

    /**
     * 获取队头元素
     */
    public int peek() {
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空！");
        }
        return head.val;
    }

    // 队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return head == null;
    }
}

4、循环队列

当考虑用数组来实现一个队列， 很容易想到以下结构：

当我们连续从该队头中弹出元素时，就可以发现问题了

可以看到此时数组并没有满，但是当我们再次插入元素时，队尾却插入不了了，这时候我们可以想到将该数组看成是循环的数组，结构如下。

可以看出，当 front 和 rear 相遇时，队列可能的情况有两种，要么为空，要么是满的状态。那么队列什么时候为空，什么时候是满的呢？

我们有两种方法：

1、设置usedSize 当usedSize和数组长度相等时为满，等于0 则为空。

2、设置标志位 设 flag = true，每放一个元素，将 flag 置为 false，每有一个元素出队列，则将 flag 置为 true。当 front 和 rear 相遇时，flag为 true 则是空的，反之则是满的。

public class MyCircularQueue {
    public int[] elem;
    public int front;// 队头下标
    public int rear;// 队尾下标
    boolean flag = true;// 是否为空

    public MyCircularQueue(int k) {
        elem = new int[k];
    }

    // 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
    public boolean enQueue(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
//            throw new RuntimeException("队列已满!");
        }
        elem[rear] = value;
        rear = (rear + 1) % elem.length;
        flag = false;
        return true;
    }

    // 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
    public boolean deQueue() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
//            throw new RuntimeException("队列为空!");
        }
        front = (front + 1) % elem.length;
        flag = true;
        return true;
    }

    // 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
    public int Front() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
//            throw new RuntimeException("队列为空!");
        }
        return elem[front];
    }
    // 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
    public int Rear() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
//            throw new RuntimeException("队列为空!");
        }
        // 如果是0下标，拿最后一个元素
        if (rear == 0) {
            return elem[elem.length-1];
        }else {
            return elem[rear - 1];
        }
    }

    // 检查循环队列是否为空。
    public boolean isEmpty() {
        if (rear == front && flag){
            return true;
        }
        return false;
    }
    // 检查循环队列是否已满。
    public boolean isFull() {
        if (rear == front && !flag){
            return true;
        }
        return false;
    }
}

到此这篇关于Java 栈与队列超详细分析讲解的文章就介绍到这了,更多相关Java 栈与队列内容请搜索我们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我们！