从栈序列验证到队列操作：Java 数据结构入门实战总结
今天通过两道经典算法题，系统学习了栈、队列、链表的核心概念与实战应用，还解决了输入输出、指针逻辑等新手常见问题。整理成笔记，方便后续回顾～
一、核心数据结构知识点
1. 栈（Stack）
- 核心特性：先进后出（LIFO, Last In First Out），仅允许在栈顶执行入栈（push）和出栈（pop）操作。
- 关键方法（Java 中推荐用 ArrayDeque 实现，效率高于 Stack 类）：
-
- push(num)：将元素压入栈顶；
-
- pop()：移除并返回栈顶元素；
-
- peek()：查看栈顶元素（不移除）；
-
- isEmpty()：判断栈是否为空。
- 应用场景：验证出栈序列合法性、表达式求值、括号匹配等。
2. 队列（Queue）
- 核心特性：先进先出（FIFO, First In First Out），仅允许在队尾入队、队首出队 / 查询。
- 关键方法（Java 中用 Queue 接口 + LinkedList 实现）：
-
- offer(x)：将元素添加到队尾（入队）；
-
- poll()：移除并返回队首元素（出队）；
-
- peek()：查看队首元素（不移除）；
-
- size()：返回队列元素个数；
-
- isEmpty()：判断队列是否为空。
- 应用场景：任务排队、消息队列、广度优先搜索（BFS）等。
3. 链表（LinkedList 底层实现）
- 核心定义：线性数据结构，元素（节点）分散存储，通过「引用」连接前后节点，无需连续内存。
- 节点组成：
-
- 数据域：存储实际值；
-
- 引用域：存储下一个节点的地址。
- 与数组对比：
| 特性 | 数组 | 链表 |
|---|---|---|
| 内存存储 | 连续空间 | 分散空间 |
| 访问效率 | 高（下标直接访问） | 低（需从头遍历） |
| 增删效率 | 低（需移动元素） | 高（仅改引用指向） |
| 空间灵活性 | 固定大小 | 动态扩容（用多少占多少） |
二、实战题目与解题思路
题目 1：验证合法出栈序列
题目描述
给定入栈序列 pushed 和出栈序列 popped（均为 1~n 的排列），判断 popped 是否为合法出栈序列。
核心思路：模拟栈操作
- 用 ArrayDeque 作为模拟栈，popIndex 作为出栈序列的「进度指针」（标记当前待匹配的位置）；
- 遍历入栈序列，逐个将元素压入模拟栈；
- 每次压栈后，循环检查栈顶元素是否等于 popped[popIndex]：
-
- 若相等，弹出栈顶元素，popIndex 后移（匹配成功）；
-
- 若不相等，继续压栈；
- 遍历结束后，若 popIndex == n（所有元素都匹配完成），则序列合法。
关键代码片段
private static boolean checkValidPopSequence(int[] pushed, int[] popped, int n) {
Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
int popIndex = 0; // 出栈序列进度指针
for (int num : pushed) {
stack.push(num);
// 栈顶匹配则弹出，移动指针
while (!stack.isEmpty() && stack.peek() == popped[popIndex]) {
stack.pop();
popIndex++;
}
}
return popIndex == n; // 指针到末尾则合法
}
题目 2：队列的基本操作
题目描述
实现队列的 4 种操作：
- 1 x：将 x 入队；
- 2：队非空则出队，否则输出 ERR_CANNOT_POP；
- 3：查询队首元素，队空输出 ERR_CANNOT_QUERY；
- 4：输出队列元素个数。
核心思路：分支处理操作类型
- 初始化 Queue 队列和 Scanner 输入工具；
- 读取操作总数 n，循环 n 次处理每个操作；
- 按操作类型分支执行：
-
- 操作 1：读取 x 并调用 offer(x) 入队；
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- 操作 2：判断队列是否为空，空则输出错误，否则调用 poll() 出队；
-
- 操作 3：空队列输出错误，否则调用 peek() 输出队首；
-
- 操作 4：调用 size() 输出队列大小。
完整代码
import java.util.Scanner;
import java.util.Queue;
import java.util.LinkedList;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
int n = sc.nextInt();
for (int i = 0; i < n; i++) {
int op = sc.nextInt();
if (op == 1) {
int x = sc.nextInt();
queue.offer(x);
} else if (op == 2) {
System.out.println(queue.isEmpty() ? "ERR_CANNOT_POP" : queue.poll());
} else if (op == 3) {
System.out.println(queue.isEmpty() ? "ERR_CANNOT_QUERY" : queue.peek());
} else if (op == 4) {
System.out.println(queue.size());
}
}
sc.close();
}
}
三、新手避坑指南
1. Scanner 输入陷阱（nextInt() 与 nextLine() 混用）
- 问题：nextInt() 读取整数后，不会消耗换行符，后续 nextLine() 会读取空行；
- 解决：
-
- 仅读取整数时，全程用 nextInt()（自动跳过空格 / 换行符）；
-
- 若 nextInt() 后需用 nextLine()，先加 sc.nextLine() 消耗残留换行符。
2. 「指针」的通俗理解
- 编程中「逻辑指针」（如 popIndex）不是 C 语言的内存指针，而是「标记当前处理位置的变量」；
- 类比：像看书时的书签，标记 “下一个要处理的内容位置”，处理完后往后移。
3. 数据结构选择技巧
- 处理「先进后出」场景 → 选栈；
- 处理「先进先出」场景 → 选队列；
- 大数据量（n≤10^5）时，栈用 ArrayDeque，队列用 LinkedList，效率更高。
4. 边界情况处理
- 栈 / 队列为空时，执行出队 / 查询操作必须输出错误提示；
- 循环遍历前，确认指针 / 索引的初始值（如 popIndex 初始为 0）。
四、总结
今天的学习围绕「数据结构特性 + 实战应用」展开，核心收获：
- 理解栈、队列、链表的核心特性与适用场景；
- 掌握「模拟栈操作」验证出栈序列、「分支处理」队列操作的解题模板；
- 避开输入输出、边界处理等新手常见坑。
数据结构是算法的基础，后续可以继续练习括号匹配、BFS 等题目，加深对这些结构的理解～
