【数据结构】栈和队列

栈是先进后出，队列是先进先出。是2种重要的线性数据结构，和线性表相比，他们的插入和删除受到更多的约束与限定，因此称为限定的线性表结构。

栈的实现（数组或者链表、LinkedList）

但是这两种方法都不是线程安全的，如果要实现线程安全，需要对入栈和出栈进行同步操作。

• 数组实现的话，主要是要实现pop和push函数，以及peek查找栈顶，然后push的时候如果容量不够的话，需要扩容。

• 链表实现的话，也是主要实现push和pop函数，以及peek查找栈顶，需要注意的是，push的时候，要把新的数据放在上一个数据前面，这样才能实现先进后出。

数组实现：

import java.util.Arrays;
/**
 * 数组实现栈
 * @param <T>
 */
class Mystack1<T> {
    //实现栈的数组
    private Object[] stack;
    //数组大小
    private int size;

    Mystack1() {
        stack = new Object[10];//初始容量为10
    }

    //判断是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    //返回栈顶元素
    public T peek() {
        T t = null;
        if (size > 0)
            t = (T) stack[size - 1];
        return t;
    }

    public void push(T t) {
        expandCapacity(size + 1);
        stack[size] = t;
        size++;
    }

    //出栈
    public T pop() {
        T t = peek();
        if (size > 0) {
            stack[size - 1] = null;
            size--;
        }
        return t;
    }

    //扩大容量
    public void expandCapacity(int size) {
        int len = stack.length;
        if (size > len) {
            size = size * 3 / 2 + 1;//每次扩大50%
            stack = Arrays.copyOf(stack, size);
        }
    }
}

public class ArrayStack {
    public static void main(String[] args) {
        Mystack1<String> stack = new Mystack1<>();
        System.out.println(stack.peek());
        System.out.println(stack.isEmpty());
        stack.push("java");
        stack.push("is");
        stack.push("beautiful");
        stack.push("language");
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.isEmpty());
        System.out.println(stack.peek());
    }
}

链表实现：

/**
 * 链表实现栈
 *  * @param <T>
 */
class Mystack2<T> {
    //定义链表
    class Node<T> {
        private T t;
        private Node next;
    }

    private Node<T> head;

    //构造函数初始化头指针
    Mystack2() {
        head = null;
    }

    //入栈
    public void push(T t) {
        if (t == null) {
            throw new NullPointerException("参数不能为空");
        }
        if (head == null) {
            head = new Node<T>();
            head.t = t;
            head.next = null;
        } else {
            Node<T> temp = head;
            head = new Node<>();
            head.t = t;
            head.next = temp;
        }
    }

    //出栈
    public T pop() {
        T t = head.t;
        head = head.next;
        return t;
    }

    //栈顶元素
    public T peek() {
        T t = head.t;
        return t;
    }

    //栈空
    public boolean isEmpty() {
        if (head == null)
            return true;
        else
            return false;
    }
}

public class LinkStack {
    public static void main(String[] args) {
        Mystack2 stack = new Mystack2();
        System.out.println(stack.isEmpty());
        stack.push("Java");
        stack.push("is");
        stack.push("beautiful");
        System.out.println(stack.peek());
        System.out.println(stack.peek());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.isEmpty());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.isEmpty());
    }
}

LinkedList实现：

• push—–addFirst()
• pop——-removeFirst()
• peek—–getFirst()
• isEmpty-isEmpty()

import java.util.LinkedList;

/**
 * LinkedList实现栈
 *
 * @param <T>
 */
class ListStack<T> {
    private LinkedList<T> ll = new LinkedList<>();

    //入栈
    public void push(T t) {
        ll.addFirst(t);
    }

    //出栈
    public T pop() {
        return ll.removeFirst();
    }

    //栈顶元素
    public T peek() {
        T t = null;
        //直接取元素会报异常，需要先判断是否为空
        if (!ll.isEmpty())
            t = ll.getFirst();
        return t;
    }

    //栈空
    public boolean isEmpty() {
        return ll.isEmpty();
    }
}

public class LinkedListStack {
    public static void main(String[] args) {
        ListStack<String> stack = new ListStack();
        System.out.println(stack.isEmpty());
        System.out.println(stack.peek());
        stack.push("java");
        stack.push("is");
        stack.push("beautiful");
        System.out.println(stack.peek());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.isEmpty());
        System.out.println(stack.peek());
    }
}

队列的实现（数组和链表、LinkedList）

• 链表实现的话，和栈就不一样了，把新数据放在上一个的后面。需要实现在这里插入代码片put和pop函数
• 数组实现的话，使用LinkedList，就非常简单，只是需要注意pop函数里面，删除的是第一个元素，不是最后一个

链表实现：

package com.wp.datastruct;

/**
 * 利用链表来实现队列
 * */
public class MyQueue<E> {
    Node head = null;        //队列头
    Node tail = null;        //队列尾

    /**
     * 入队操作：
     *         若该队列尾空，则入队节点既是头结点也是尾节点
     *         若队列不为空，则先用tail节点的next指针指向该节点
     *         然后将tail节点指向该节点
     * */
    public void put(Integer data) {
        Node newNode = new Node(data);        //构造一个新节点
        if(head == null && tail == null) {    //队列为空
            head = newNode;
            tail = newNode;
        }else {
            tail.next = newNode;
            tail = newNode;
        }
    }

    /**
     * 判断队列是否为空：当头结点等于尾节点的时候该队列就为空
     * */
    public boolean isEmpty() {
        return head == tail;
    }

    /**
     * 出队操作：
     *         若队列为空，则返回null
     *         否则，返回队列的头结点，并将head节点指向下一个
     * */
    public Integer pop() {
        if(this.isEmpty()) {
            return null;
        }
        int data = head.data;
        head = head.next;
        return data;
    }

    public int size() {
        int count = 0;
        Node tmp = head;
        while(tmp != null) {
            count++;
            tmp = tmp.next;
        }
        return count;
    }

}

LinkedList实现：

public class MyQueue2<E> {

    private LinkedList<E> list = new LinkedList<>();
    private int size = 0;                        //用于统计队列的长度

    public synchronized void put(E data) {        //保证线程安全，实现同步操作
        list.add(data);
        size++;
    }

    public synchronized E pop() {
        size--;
        return list.removeFirst();                //从头取出
    }

    public synchronized int size() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }    

}

实现代码参考