简介
限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。允许插入和删除的一端成为栈顶，另一端成为栈低，不含任何元素的栈成为空栈，栈又称为先进先出的线性表，简称LIFO结构。
栈的插入操作，叫做进栈，也称压栈，入栈。
栈的删除操作，也叫出战，也有的叫做弹栈。
栈的附加功能
- Peep 窥视：返回堆栈的栈顶元素（不删除）
- isEmpty：检查堆栈是否为空。
- isFull：检查堆栈是否已经满了。
栈的存储表示方法：
-
顺序栈：利用顺序存储结构实现的栈（①利用一组地址连续的存储单元一次存放从栈底到栈顶的数据元素；②附设指针top指向栈顶元素的位置，base指针指向栈底元素位置；③采用动态分配原则）
- 初始化：为顺序栈分配一个数组空间（stacksize，栈的最大容量），base和top同时指向栈底，表示空栈。
- 入栈：判断栈是否已满，满则报错，否则将元素压入栈顶，top加一。
- 出栈：判断栈是否为空，空则报错，否则将top减一，栈元素出栈。
-
链栈：采用链式存储结构实现的栈，通常用单链表表示（无头节点）。
- 初始化：构造一个空栈，无头结点，将栈顶指针置为空。
- 入栈：为新的栈顶元素分配结点空间，将新结点插入到栈顶，修改栈顶指针。
- 出栈：判断栈是否为空，空则报错，否则取栈顶元素，修改栈顶指针，释放原栈顶元素空间。
顺序栈与链栈的优缺点：
- 顺序栈受到最大空间容量的限制，在满员时扩容工作量较大，在无法估计栈可能达到的最大容量时应使用链栈。
栈的应用：
- 表达式评估。
- 递归编程中实现函数调用。
入栈
出栈
实现一个栈
栈主要包含两个操作，入栈和出栈，也就是在栈顶插入一个数据和从栈顶删除一个数据。栈既可以用数组来实现，也可以用链表来实现。用数组实现的栈，我们叫作顺序栈，用链表实现的栈，我们叫作链式栈。 根据上一节我们实现的数组代码我们来实现一个自己的栈。
栈的抽象接口
public interface Stack<E> {
/**
* 栈的容量
* @return
*/
int getSize();
/**
* 栈是否为空
* @return
*/
boolean isEmpty();
/**
* 向栈中添加元素
* @param e
*/
void push(E e);
/**
* 向栈中取出元素
* @return
*/
E pop();
/**
* 查看栈顶的元素
* @return
*/
E peek();
}
数组栈
public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {
private E[] data;
private int size;
public ArrayStack(){
this(10);
}
public ArrayStack(int capacity){
this.data = (E[]) new Object[capacity];
this.size = 0;
}
@Override
public int getSize() {
return size;
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 获取栈的容量
* @return
*/
public int getCapacity(){
return data.length;
}
@Override
public void push(E e) {
addLast(e);
}
@Override
public E pop() {
return removeLast();
}
@Override
public E peek() {
return get(size - 1);
}
/**
* 获取指定索引位置的值
* @param index
* @return
*/
private E get(int index){
if(index < 0 || index >= size){
throw new IllegalArgumentException("Get failed. index is illegal.");
}
return data[index];
}
/**
* 数组尾部新增元素
* @param e
*/
private void addLast(E e){
add(size, e);
}
/**
* 在指定位置插入元素
* @param index
* @param e
*/
private void add(int index, E e){
if(index < 0 || index > size){
throw new IllegalArgumentException("AddLast failed. require index >=0 and index <= size");
}
if(size == data.length){
//扩容
resize(2 * data.length);
}
for(int i = size - 1; i >= index; i --){
data[i + 1] = data[i];
}
data[index] = e;
size ++;
}
/**
* 数组扩容
* @param newCapacity
*/
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
for (int i = 0; i < size; i++) {
newData[i] = data[i];
}
data = newData;
}
/**
* 删除栈中最后一个元素
* @return
*/
private E removeLast(){
return remove(size - 1);
}
/**
* 删除栈数组中index位置的元素, 并返回删除的元素
* @param index
* @return
*/
private E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size){
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. index is illegal.");
}
E ret = data[index];
for (int i = index; i < size - 1; i++) {
data[i] = data[i + 1];
}
size --;
data[size] = null;
if(size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0){
//当数组长度缩小为原数组的4分之一的时候才进行数组的缩容，
//缩小为原数组的2分之一，预留空间，防止有数据添加导致扩容浪费性能
resize(data.length / 2);
}
return ret;
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Stack: ");
sb.append("[");
for (int i = 0; i < size; i++) {
sb.append(data[i]);
if(i != size - 1){
sb.append(", ");
}
}
sb.append("] top");
return sb.toString();
}
}
链表栈
public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {
private class Node<E>{
public E e;
public Node<E> next;
public Node(E e){
this.e = e;
}
@Override
public String toString() {
return e.toString();
}
}
private Node<E> dummyHead;
private Integer size;
public LinkedListStack(){
dummyHead = new Node<>(null);
size = 0;
}
@Override
public int getSize() {
return size;
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
@Override
public void push(E e) {
Node<E> node = new Node<>(e);
node.next = dummyHead.next;
dummyHead.next = node;
size++;
}
@Override
public E pop() {
if(isEmpty()){
throw new IllegalArgumentException("Cannot pop from an empty stack.");
}
Node<E> prev = dummyHead;
Node<E> retNode = prev.next;
prev.next = retNode.next;
retNode.next = null;
size -- ;
return retNode.e;
}
@Override
public E peek() {
if(isEmpty()){
throw new IllegalArgumentException("Cannot pop from an empty stack.");
}
return dummyHead.next.e;
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Stack: top ");
Node<E> cur = dummyHead.next;
while (cur != null){
sb.append(cur + "->");
cur = cur.next;
}
sb.append("NULL");
return sb.toString();
}
}
栈应用
函数应用
操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种结构, 用来存储函数调用时的临时变量。每进入一个函数，就会将临时变量作为一个栈帧入栈，当被调用函数执行完成，返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈。
表达式求值
我将算术表达式简化为只包含加减乘除四则运算，比如：34+13*9+44-12/3。对于这个四则运算编译器就是通过两个栈来实现的。其中一个保存操作数的栈，另一个是保存运算符的栈。我们从左向右遍历表达式，当遇到数字，我们就直接压入操作数栈；当遇到运算符，就与运算符栈的栈顶元素进行比较。
如果比运算符栈顶元素的优先级高，就将当前运算符压入栈；如果比运算符栈顶元素的优先级低或者相同，从运算符栈中取栈顶运算符，从操作数栈的栈顶取 2 个操作数，然后进行计算，再把计算 完的结果压入操作数栈，继续比较。
括号匹配
我们假设表达式中只包含三种括号，圆括号 ()、方括号 [] 和花括号{}，并且它们可以任意嵌套。比如，{[{}]}或 [{()}([])] 等都为合法格式，而{[}()] 或 [({)] 为不合法的格式。在给你一个包含三种括号的表达式字符串。我们用栈来保存未匹配的左括号，从左到右依次扫描字符串。当扫描到左括号时，则将其压入栈中；当扫描到右括号时，从栈顶取出一个左括号。如果能够匹配，比 如“(”跟“)”匹配，“[”跟“]”匹配，“{”跟“}”匹配，则继续扫描剩下的字符串。如果扫描的过程中，遇到不 能配对的右括号，或者栈中没有数据，则说明为非法格式。当所有的括号都扫描完成之后，如果栈为空，则说明字符串为合法格式；否则，说明有未匹配的左括号，为非法格式。
/**
* @Author: huangyibo
* @Date: 2021/12/26 18:58
* @Description:
* 给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判断字符串是否有效。
*
* 有效字符串需满足：
*
* 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
* 左括号必须以正确的顺序闭合。
* 注意空字符串可被认为是有效字符串。
*/
public class LeetCodeQuestion {
public boolean isValid(String s) {
Stack<Character> stack = new Stack<Character>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
char c = s.charAt(i);
if(c == '(' || c == '{' || c == '{'){
stack.push(c);
}else {
if(stack.isEmpty()){
return false;
}
Character pop = stack.pop();
if(c == ')' && pop != '('){
return false;
}
if(c == '}' && pop != '{'){
return false;
}
if(c == ']' && pop != '['){
return false;
}
}
}
//如果栈里面还有字符的话，那么也不行，因为意味着还有字符没办法匹配
return stack.isEmpty();
}
}
参考： https://blog.csdn.net/weixin_39084521/article/details/89820132
