数据结构篇03、栈及其两种底层实现

我们知道栈这种数据结构是后进先出的特性；本章我们通过前两部分介绍的动态数组和链表分别实现栈这种数据结构；java的util库中Stack的底层实现是使用的数组；

1、定义栈接口，规定栈中需要实现的方法

栈接口如下所示，方法的作用见注释；

public interface Stack<E> {

    //获得元素个数
    int getSize();
    //判断是否为空
    boolean isEmpty();
    //元素入栈
    void push(E e);
    //元素出栈
    E pop();
    //查看栈顶元素
    E peek();
}

2、动态数组实现的栈

动态数组实现的栈如下所示，基本就是对动态数组api的一层封装，需要注意的就是栈这种数据结构是后进先出的；

因此push函数需要调用array的addLast函数往数组尾添加元素；

同理pop函数需要调用array的removeLast函数从数组尾删除元素；

peek函数只需要调用array的getLast函数查看数组尾元素即可；

最后重写了toString函数打印栈中元素，便于查看栈中元素；

public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {

    private Array<E> array;

    public ArrayStack(int capacity){
        array = new Array<>(capacity);
    }

    public ArrayStack(){
        array = new Array<>();
    }

    @Override
    public int getSize(){
        return array.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty(){
        return array.isEmpty();
    }

    public int getCapacity(){
        return array.getCapacity();
    }

    @Override
    public void push(E e){
        array.addLast(e);
    }

    @Override
    public E pop(){
        return array.removeLast();
    }

    @Override
    public E peek(){
        return array.getLast();
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: ");
        res.append('[');
        for(int i = 0 ; i < array.getSize() ; i ++){
            res.append(array.get(i));
            if(i != array.getSize() - 1)
                res.append(", ");
        }
        res.append("] top");
        return res.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {

        ArrayStack<Integer> stack = new ArrayStack<>();

        for(int i = 0 ; i < 5 ; i ++){
            stack.push(i);
            System.out.println(stack);
        }

        stack.pop();
        System.out.println(stack);
    }
}

3、链表实现的栈

同样，链表实现的栈其实就是对我们第二部分实现的链表的api的一层封装；

由于我们实现的链表操作链表头元素都是O(1)时间复杂度的操作，因此我们把链表头作为栈顶；

因此push方法就是调用list的addFirst方法往链表头添加元素；

pop方法就是调用list的removeFirst方法从链表头部删除节点；

peek方法就是调用list的getFirst查看链表头的节点元素；

public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {

    private LinkedList<E> list;

    public LinkedListStack(){
        list = new LinkedList<>();
    }

    @Override
    public int getSize(){
        return list.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty(){
        return list.isEmpty();
    }

    @Override
    public void push(E e){
        list.addFirst(e);
    }

    @Override
    public E pop(){
        return list.removeFirst();
    }

    @Override
    public E peek(){
        return list.getFirst();
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: top ");
        res.append(list);
        return res.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {

        LinkedListStack<Integer> stack = new LinkedListStack<>();

        for(int i = 0 ; i < 5 ; i ++){
            stack.push(i);
            System.out.println(stack);
        }

        stack.pop();
        System.out.println(stack);
    }
}