深入解析Java中利用数组实现栈的奥秘

前端

2024-01-13 03:24:31

栈：概述与应用

栈是一种基本的数据结构，在计算机科学和软件开发中广泛应用。它是一种线性数据结构，其中元素严格按照“先进后出”（LIFO）的原则进行存储和检索。这意味着，最后一个进入栈中的元素（称为栈顶元素）必须首先被移除，才能访问更早进入的元素。

栈在实际应用中非常常见，例如：

后缀表达式计算：在后缀表达式（又称逆波兰表示法）中，运算符位于操作数之后。栈可以用来存储操作数，并按照运算符的顺序进行计算。
函数调用：在计算机程序中，函数调用时，参数和局部变量需要被存储在栈中。函数返回时，这些信息可以从栈中弹出，从而释放内存空间。
浏览器历史记录：浏览器在记录用户浏览的历史时，会将每个访问过的网页地址压入栈中。当用户点击“后退”按钮时，栈顶的网页地址会被弹出并显示在浏览器窗口中。

利用数组模拟栈：原理与实现

栈可以利用数组来模拟实现。数组是一种简单的数据结构，可以存储固定数量的元素。我们可以使用数组的索引来模拟栈的“栈顶”元素，并通过递增或递减索引来实现元素的进栈和出栈操作。

1. 入栈操作

入栈操作是指将一个元素压入栈中。当我们向栈中压入一个元素时，我们需要将数组的索引值递增，并将其存储在栈顶元素的位置上。如果数组已满，则会发生栈溢出（Stack Overflow）错误。

2. 出栈操作

出栈操作是指从栈中弹出栈顶元素。当我们从栈中弹出元素时，我们需要将数组的索引值递减，并将栈顶元素的位置上的值返回。如果栈为空，则会发生栈下溢（Stack Underflow）错误。

3. 查看栈顶元素

查看栈顶元素是指获取栈顶元素的值，而不将其弹出。我们可以通过获取数组中索引值为栈顶索引的元素来实现。

4. 检查栈是否为空

我们可以通过检查栈顶索引是否为-1来判断栈是否为空。如果栈顶索引为-1，则表示栈为空；否则，则表示栈不为空。

完整的Demo

以下是一个完整的Java程序，演示了如何利用数组模拟栈：

import java.util.Arrays;

class ArrayStack {

    private int[] array;
    private int topIndex;

    public ArrayStack(int capacity) {
        this.array = new int[capacity];
        this.topIndex = -1;
    }

    public void push(int value) {
        if (topIndex == array.length - 1) {
            throw new StackOverflowError();
        }
        array[++topIndex] = value;
    }

    public int pop() {
        if (topIndex == -1) {
            throw new StackUnderflowError();
        }
        return array[topIndex--];
    }

    public int peek() {
        if (topIndex == -1) {
            throw new StackUnderflowError();
        }
        return array[topIndex];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return topIndex == -1;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return Arrays.toString(Arrays.copyOfRange(array, 0, topIndex + 1));
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayStack stack = new ArrayStack(5);
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        stack.push(4);
        stack.push(5);

        System.out.println(stack); // 输出：[1, 2, 3, 4, 5]

        stack.pop();
        stack.pop();

        System.out.println(stack); // 输出：[1, 2, 3]

        System.out.println(stack.peek()); // 输出：3

        System.out.println(stack.isEmpty()); // 输出：false
    }
}