java 将中文括号换成英文括号

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mob64ca14116c53 2024-09-26 12:55:56

文章标签 java 将中文括号换成英文括号数据结构括号匹配代码数据结构表达式求值代码 Java 数据结构 文章分类 Java 后端开发

我们的目标是写一个表达式求值的计算器。我今天先介绍一种做法，那就是使用栈来完成表达式求值。

什么是数据结构

栈是一种数据结构。那什么是数据结构呢？我这里不给出严格的定义，因为对于完全没有基础的新人而言，严格的定义说了等于没说。我只从一个简单的角度举例说明一下。在初学阶段，你可以认为数据结构就是关于数据在计算机中如何组织的一门课程。

比如，我要往一个数组中，存1，3，2这三个整数，那么，我实际存的时候，是按照从小到大排着存呢，还是从大到小存，还是没有顺序随便存，这要根据实际的需求来决定。根据需求决定数据存储的方式。这就是数据结构要研究的内容。

什么是栈

以前打了粮食，会放到一个筒形的容器里，这个筒形的容器，大家叫它栈。它的特点是先放进去的粮食要最后才能取出来，后放进去的粮食是最先被取出来。所以中文就用栈这个词翻译英文的stack了。

想一想，生活中，还有很多栈的例子。比如叠在一起的碗盘，叠的时候我们是从底往高处叠，但是取的时候，我们是从最上面的一个依次向下取。这也是一个典型的栈：后进先出，先进后出。

那么Java语言中如何模拟这一个过程呢？首先，我们定义一个名叫Stack的类：

public

因为我们的课程里还没有涉及到泛型，为了简单起见，我先用整型代替了。如果有些同学，已经有一定的基础了，也可以看一下泛型版的代码：

import java.util.ArrayList;

public class Stack<T> {
    private ArrayList<T> list;
    private int size;

    public Stack(int size) {
        this.size = size;
        this.list = new ArrayList<T>(size);
    }   

    public static void main(String args) {
        Stack<Integer> s = new Stack<Integer>(10);
    }   
}

本文中后面的例子，我还是会使用简单版本的。

OK，接下来，就是要往类里添加相关的操作了。先定义一个可以往栈里写数据的函数，叫做push：

public

这个函数的意义就是，把数据num存到数组里，并且把游标向后指一位。逻辑比较简单。

相对应的，我们还可以继续定义以下三个方法，分别是取栈顶元素(getTop)，出栈(pop)，判断栈是否为空(isEmpty)。

public

好了，一个栈就定义完了（当然，这里是有问题的，因为我们在push里，没有检查top是否越过了size规定的数组，出栈的时候，也没有判断top是否等于0。这个做为今天的第一个作业，请读者自行添加。）

栈的应用

这个数据结构看上去好简单啊。肯定有很多人会这样想，但其实，栈在计算机编程中可以说是最基础也是最重要的数据结构了。其功能之强大，可能出乎很多人的意料。我们先通过一个小例子来体会一下。看这样一道题目：

输入一组括号，请判断这些括号的匹配是否合法。例如

(()]，不合法，左边的小括号与右边的中括号不能匹配。
{[()]}，合法的，所有的括号都可以正确匹配。
{(})，不合法，顺序是错的。
((())，不合法，右括号少了一个。

大家可以先自己想一下，这个问题怎么解决，自己写一写，看看能不能搞得定。如果不使用栈，自己穷举所有情况，逐个去处理的话，好像有点麻烦。

我们来分析一下。如果遇到第一个右括号，那与之配对的一定是离它最近的那个左括号，如果离它最近的左括号的类型与这个右括号的类型是一样的（比如都是小括号），那这就是一次成功的配对。把一组成功配对的括号从括号序列中删去，不会影响原来序列是否合法这个属性，就是说原来合法的，仍然合法，原来不合法的，仍然不合法。通过这样的办法就可以化简题目了。

算法是有了，怎么实现呢？遇到右括号，只去检查离它最近的，如果匹配上了，就把左右括号一起删掉，这不就是栈吗？每次都只检查栈顶的左括号，如果与右括号匹配上了，就把左括号出栈（删掉）。

好了，数据结构有了，算法有了，写成程序就太简单了：

public

虽然代码很长，但其实逻辑非常简单易懂。这里漏了一种情况，那就是左括号少，右括号多的情况。这个也留做作业（其实就是getTop和pop的时候要做检查）

Java虚拟机的实现是基于栈的

Java虚拟机规范里定义了Java所使用的字节码。我们知道Java文件要先编译成字节码文件，也就是class文件，但是大家有没有想过，class文件里都是些什么呢？class文件的结构，我以后会专门讲。今天只演示一个简单的例子，让大家有个初步的感觉。先看这样一个源文件：

public class Main { // Main.java
    public static int add(int a, int b){ 
        return a + b;
    }   
}

执行以下命令：

javac Main.java
javap -c Main

可以看到这样的输出：

public static int add(int, int);
    Code:
       0: iload_0
       1: iload_1
       2: iadd
       3: ireturn

add 函数被编成了四条字节码指令，这四条字节码是什么意思呢？

你可以认为Java的每一个函数都有一个操作数栈，每条指令就是在对这个操作数栈进行操作。比如 iload_0，就代表把第一个参数 push 进操作数栈，iload_1代表把第二个参数 push 进操作数栈，而 iadd 代表，从栈上连续pop两次，取两个数，将其相加，再把结果送到栈上。ireturn 则表示把栈顶的值做为返回值传给调用者。Java字节码的整个执行过程都是在这样一个栈上的。如果用图来表示，这四个步骤就是：

iload_0，使a先进栈

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