Java两栈共享空间算法

Java两栈共享空间算法

在计算机科学领域，栈（stack）是一种常见的数据结构，它可以在特定的一端进行插入和删除操作。在Java中，栈的实现通常使用数组或链表来存储数据。然而，有时候我们希望同时使用两个栈来共享同一块内存空间。这篇文章将介绍Java中的两栈共享空间算法，并给出相应的代码示例。

什么是两栈共享空间算法

两栈共享空间算法是一种特殊的栈实现，它使用数组来存储两个栈的元素，并通过控制指针来实现两个栈在同一块内存空间中的共享。这种算法可以用于节省内存空间，特别适合在空间有限的情况下使用。

算法实现

下面是两栈共享空间算法的Java代码示例：

public class TwoStacks {
    private int[] array;
    private int top1;
    private int top2;
    private int size;

    public TwoStacks(int capacity) {
        if (capacity <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Capacity must be positive");
        }
        array = new int[capacity];
        top1 = -1;
        top2 = capacity;
        size = capacity;
    }

    public void push1(int element) {
        if (top1 + 1 == top2) {
            throw new StackOverflowError("Stack 1 is full");
        }
        array[++top1] = element;
    }

    public int pop1() {
        if (top1 == -1) {
            throw new IllegalStateException("Stack 1 is empty");
        }
        return array[top1--];
    }

    public void push2(int element) {
        if (top2 - 1 == top1) {
            throw new StackOverflowError("Stack 2 is full");
        }
        array[--top2] = element;
    }

    public int pop2() {
        if (top2 == size) {
            throw new IllegalStateException("Stack 2 is empty");
        }
        return array[top2++];
    }
}

以上代码实现了一个TwoStacks类，该类使用一个数组array来存储两个栈的元素。top1和top2分别表示两个栈的栈顶指针，size表示数组的大小。在构造函数中，我们初始化这些变量，并分别将top1和top2指向两个栈的初始位置。

push1和push2方法分别用于向栈1和栈2中插入元素，它们先检查栈是否已满，如果已满则抛出异常，否则将元素插入栈中。pop1和pop2方法分别用于从栈1和栈2中删除并返回栈顶元素，它们先检查栈是否为空，如果为空则抛出异常，否则返回栈顶元素并更新栈顶指针。

算法应用

两栈共享空间算法可以用于解决一些实际问题。下面是一个示例，说明如何使用该算法来实现一个浏览器的前进和后退功能。

public class Browser {
    private TwoStacks backStack;
    private TwoStacks forwardStack;
    private String currentUrl;

    public Browser() {
        backStack = new TwoStacks(10);
        forwardStack = new TwoStacks(10);
        currentUrl = "";
    }

    public void visit(String url) {
        backStack.push1(currentUrl);
        currentUrl = url;
        forwardStack = new TwoStacks(10);
    }

    public boolean canGoBack() {
        return !backStack.isEmpty1();
    }

    public void goBack() {
        if (canGoBack()) {
            forwardStack.push2(currentUrl);
            currentUrl = backStack.pop1();
        } else {
            throw new IllegalStateException("Cannot go back");
        }
    }

    public boolean canGoForward() {
        return !forwardStack.isEmpty2();
    }

    public void goForward() {
        if (canGoForward()) {
            backStack.push1(currentUrl);
            currentUrl = forwardStack.pop2();
        } else {
            throw new IllegalStateException("Cannot go forward");
        }
    }
}

在上述代码中，Browser类使用了两个TwoStacks对象分别表示后退栈