棧的定義和實現

前言

• 語言：Java
• 環境：IntelliJ IDEA
• JDK版本：1.8
• 原始碼：GitHub

棧的定義

棧（stack）又名堆疊，它是一種運算受限的線性表。限定僅在表尾進行插入和刪除操作的線性表。這一端被稱為棧頂，相對地，把另一端稱為棧底。向一個棧插入新元素又稱作進棧、入棧或壓棧，它是把新元素放到棧頂元素的上面，使之成為新的棧頂元素；從一個棧刪除元素又稱作出棧或退棧，它是把棧頂元素刪除掉，使其相鄰的元素成為新的棧頂元素。

佇列的特點：

• 先進後出（FILO），先入棧的資料最後出棧，後入棧的資料最先出棧
• 無論是陣列還是連結串列實現，通常需要一個變數（指標）來標記棧頂資料

佇列中的規定：

• 入棧方法名為push
• 出棧方法名為pop
• 指向棧頂的變數（指標）名為top

棧的實現

陣列實現棧

陣列實現佇列的幾種情況：

由上面四種情況可得到以下資訊：

• 初始值top=-1
• top指向棧頂資料
• 判斷棧為空的條件是top==-1
• 判斷佇列滿的條件是top==maxSize-1
• 有效資料個數為top+1
• 入隊時先增加top，再在top處插入資料
• 出隊時先取出top指向的資料，再使top-1

public class ArrayStack {
    private int maxSize;   //棧陣列的最大容量
    public int length = 0;  //棧中資料的個數
    private int top = -1;   //棧頂索引，預設為-1，指向最頂端資料
    private Employee[] stack;   //棧陣列

    public ArrayStack(){
        this.maxSize = 10;
        this.stack = new Employee[this.maxSize];
    }

    public ArrayStack(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        this.stack = new Employee[this.maxSize];
    }

    /**
     * 入棧
     */
    public boolean push(Employee employee){
        if (isFull()){ return false; }
        this.top++;
        this.stack[this.top] = employee;
        this.length++;
        return true;
    }

    /**
     * 出棧
     */
    public Employee pop(){
        if(isEmpty()){ return null; }
        Employee employee = this.stack[this.top];
        this.top--;
        this.length--;
        return employee;
    }
    /**
     * 棧是否為空
     */
    public boolean isEmpty(){
        return this.top == -1;
    }

    /**
     * 棧是否已滿
     */
    public boolean isFull(){
        return this.top == this.maxSize-1;
    }

    /**
     *  格式化顯示棧中所有資料
     */
    public String formatStack(){
        if (isEmpty()){ return "[]";}
        String str = "";
        for (int i = this.length-1;i>=0;i--){
            str += this.stack[i].toString()+"\n";
        }
        return str;
    }
}
 

優點：

• 容易理解，便於實現

缺點：

• 棧容納的資料數量有限制
• 直接規定陣列大小不利於記憶體空間的合理利用

連結串列實現棧

連結串列實現佇列的幾種情況：

由上面四種情況可得到以下資訊：

• 初始值top=head
• head的next指向棧頂資料
• 判斷棧為空的條件是head.next==null
• 有效資料個數為length
• 入隊時要判斷棧是否為空，若為空，則直接將資料放在head.next，若不為空，則需要將資料插入到head節點之後
• 出隊時先儲存top指向的資料，再將head.next指向top.next，並將top移動到棧的下一個資料

public class LinkedStack {
    private Node top;   //指向棧頂資料
    private Node head;  //頭結點
    private int length = 0; //棧中資料個數
    public LinkedStack(){
        this.head = new Node();
        this.top = this.head;
    }

    /**
     * 入棧
     */
    public boolean push(Employee employee){
        Node node = new Node(employee);
        if(isEmpty()){
            this.head.next = node;
            this.top = node;
            length++;
            return true;
        }
        node.next = this.top;
        this.head.next = node;
        this.top = node;
        length++;
        return true;
    }

    /**
     * 出棧
     */
    public Employee pop(){
        if(isEmpty()){ return null; }
        Employee employee = this.top.data;
        this.head.next = this.top.next;
        this.top = this.top.next;
        length--;
        return employee;
    }
    /**
     * 棧是否為空
     */
    public boolean isEmpty(){
        return this.head.next == null;
    }

    /**
     *  格式化顯示棧中所有資料
     */
    public String formatStack(){
        if (isEmpty()){ return "[]";}
        Node temp = this.head.next;
        String str = "";
        while (temp!=null){
            str += temp.data.toString() + "\n";
            temp = temp.next;
        }
        return str;
    }

    /**
     * 結點
     */
    class Node{
        private Employee data;
        private Node next;
        public Node(){}
        public Node(Employee employee){
            this.data =employee;
        }
    }
}
 

優點：

• 棧容量不受限制
• 利用JVM的垃圾回收機制，可以合理的利用