如何使用数组和泛型在 Java 中实现堆栈?
Java 通过使用数组和泛型来实现堆栈。这将创建一个灵活且可重用的数据结构，该结构遵循后进先出 (LIFO) 原则。在此原则中，元素从顶部添加和删除。通过使用数组作为基础，它可确保高效的内存分配和访问。此外，通过结合泛型，堆栈能够容纳不同类型的元素，从而增强其多功能性。
实现涉及定义包含泛型类型参数的 Stack 类。它包括 push()、pop()、peek() 和 isEmpty() 等基本方法。处理诸如堆栈溢出和下溢之类的边缘情况对于确保无缝功能也至关重要。此实现使开发人员能够创建能够容纳 Java 中任何类型的元素的堆栈。
Java 中的堆栈
在 Java 中，堆栈是一种重要的数据结构，其工作原理是后进先出 (LIFO)。它表示元素集合，其中最近添加的元素优先被删除。Java 中的 stack 类提供了几种有效操作元素的方法。例如，push 方法允许您将元素添加到堆栈顶部，而 pop 则删除并返回最顶部的元素。此外，peek 使您能够检索顶部元素而不删除它，isEmpty 检查堆栈是否为空。
import java.util.Stack; Stack<Type> stack = new Stack<>(); stack.push(element); // 将"元素"添加到堆栈顶部 Type topElement = stack.pop(); // 移除并返回顶部元素 Type peekElement = stack.peek(); // 检索顶部元素但不移除它 boolean isEmpty = stack.isEmpty(); // 检查堆栈是否为空
方法
使用数组和泛型在 Java 中实现堆栈有不同的方法，我们将深入研究这两种方法:
使用数组实现堆栈
使用泛型实现堆栈
使用数组实现堆栈
使用数组在 Java 中实现堆栈时，会创建一个遵循后进先出 (LIFO) 原则的数据结构。在这种方法中，元素存储在数组中，而 top 变量用于跟踪表示堆栈中最顶层元素的索引。
stack 类通常包含几种方法。这些方法包括 push()，它将元素添加到堆栈顶部；pop()，用于移除和检索最顶层元素；pe-ek()，允许您查看最顶层元素而不移除它；isEmpty()，用于检查堆栈是否为空。
算法
创建一个数组来存储堆栈的元素。
将名为"top"的变量初始化为 -1，表示堆栈为空。
要将元素推送到堆栈:
检查堆栈是否已满(top == array.length - 1)。
如果堆栈未满，则将"top"变量增加 1 并将元素分配给 array[top]。
要从堆栈中弹出元素:
检查堆栈是否为空(top == -1)。
如果堆栈不空，则从 array[top] 中检索元素并将"top"变量减少1.
示例
public class Stack {
private int[] array;
private int top;
public Stack(int capacity) {
array = new int[capacity];
top = -1;
}
public void push(int element) {
if (top == array.length - 1) {
System.out.println("Stack is full. Cannot push element.");
} else {
top++;
array[top] = element;
System.out.println("Pushed element: " + element);
}
}
public int pop() {
if (top == -1) {
System.out.println("Stack is empty. Cannot pop element.");
return -1;
} else {
int poppedElement = array[top];
top--;
System.out.println("Popped element: " + poppedElement);
return poppedElement;
}
}
public int peek() {
if (top == -1) {
System.out.println("Stack is empty. No element to peek.");
return -1;
} else {
System.out.println("Peeked element: " + array[top]);
return array[top];
}
}
public boolean isEmpty() {
return (top == -1);
}
public static void main(String[] args) {
Stack stack = new Stack(5);
stack.push(10);
stack.push(20);
stack.push(30);
stack.pop();
stack.push(40);
stack.push(50);
stack.pop();
stack.pop();
stack.pop();
stack.pop();
}
}
输出
Pushed element: 10 Pushed element: 20 Pushed element: 30 Popped element: 30 Pushed element: 40 Pushed element: 50 Popped element: 50 Popped element: 40 Popped element: 20 Popped element: 10
使用泛型的堆栈实现
使用泛型的堆栈实现是一种多功能数据结构。它允许以后进先出 (LIFO) 的方式存储和检索元素，从而提供处理各种数据类型的灵活性。通过利用泛型，这种适应性强的堆栈成为一个高效的容器，能够容纳任何类型的元素，使其具有极大的多功能性和可重用性。
算法
创建一个名为 Stack
的泛型类来将元素存储在堆栈中。 在 Stack 类中，有一个私有数组或链接列表来保存这些元素。
堆栈使用分配必要内存的构造函数进行初始化。
要将元素添加到堆栈顶部，需要实现 push(element: T) 方法，该方法会增加堆栈大小并存储元素。
同样，需要实现 pop(): T 方法，从堆栈中删除并返回顶部元素，同时减小其大小。
peek(): T 方法允许检索顶部元素而不将其删除。
此外，isEmpty(): boolean 方法检查堆栈是否为空，而 size(): number 返回堆栈中当前有多少个元素。
示例
import java.util.ArrayList;
import java.util.EmptyStackException;
import java.util.List;
public class Stack<T> {
private List<T> stack;
public Stack() {
stack = new ArrayList<>();
}
public void push(T element) {
stack.add(element);
}
public T pop() {
if (isEmpty()) {
throw new EmptyStackException();
}
return stack.remove(stack.size() - 1);
}
public T peek() {
if (isEmpty()) {
throw new EmptyStackException();
}
return stack.get(stack.size() - 1);
}
public boolean isEmpty() {
return stack.isEmpty();
}
public int size() {
return stack.size();
}
public void clear() {
stack.clear();
}
public static void main(String[] args) {
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);
System.out.println("Stack size: " + stack.size());
System.out.println("Top element: " + stack.peek());
while (!stack.isEmpty()) {
System.out.println("Popped element: " + stack.pop());
}
}
}
输出
Stack size: 3 Top element: 3 Popped element: 3 Popped element: 2 Popped element: 1
结论
总之，在 Java 中利用数组和泛型实现堆栈具有多功能性和类型安全性的优势。通过结合泛型，开发人员能够创建一个名为"Stack"的泛型类，它可以容纳任何类型的元素，从而增强实现的灵活性。这种方法确保堆栈数据结构能够适应各种场景，同时保持严格的类型约束。
堆栈类使用类型为 T[] 的数组来存储元素，并使用名为"top"的整数变量跟踪最顶层元素。它提供了 push、pop、peek 和 isEmpty 等基本方法，确保堆栈操作高效。
开发人员可以利用此实现为特定类型创建自定义堆栈，同时受益于类型安全的优势。通过利用数组和泛型，可以在 Java 中实现强大而高效的堆栈数据结构。
