【数据结构】栈：Java实现顺序栈栈应用浅析

1.栈是什么

定义：后进者先出，先进者后出，这就是典型的“栈”结构
操作特性：栈是一种“操作受限”的线性表，只允许在一端插入和删除数据。
使用场景；当某个数据集合只涉及在一端插入和删除数据，并且满足后进先出、先进后出的特性，就应该首选“栈”这种数据结构。

2.Java实现顺序栈

用数组实现的栈，我们叫作顺序栈（效率高），而用链表实现的栈，我们叫作链式栈。

2.1 固定大小的栈

时间复杂度：O（1），每次都只操作count（-1）位，与数据规模无关
空间复杂度：O（1），最开始申请了固定大小数组后运行时不再改变大小，与数据规模无关

public class MyStack {// 为了简单，这里直接定义成intprivate int[] items;private int size; // 栈容量private int count; // 栈中实际元素多少// 指定大小构造public MyStack(int size) {this.size = size; this.items = new int[size];this.count = 0;}// push:每次都给items[count]public boolean push(int item) {// 非满判断if (count == size) return false;this.items[count] = item; // 关键count++;return true;}// pop:items[count-1]// 这里count是数组实际元素多少，若不减一返回0public int pop() {// 非空判断if (count == 0) return 0;int item = this.items[count-1]; // 关键count--;return item;}public int peek() {// 这里注意要判断栈中是否有元素return count == 0 ? 0 : this.items[count-1];}
}

上面是基于数组实现的栈，是一个固定大小的栈，也就是说，在初始化栈时需要事先指定栈的大小。当栈满之后，就无法再往栈里添加数据了。

2.2 动态扩容的栈

尽管链式栈的大小不受限，但要存储 next 指针，内存消耗相对较多。因而实现一个基于数组的动态扩容的栈

最好情况复杂度：O(1）
最坏情况复杂度：O(n)，满了需要扩容
均摊时间复杂度（if{for}）：O(1)，平均到每次push相当于每次只扩容一个

public boolean push(int item) {// 满了就扩容，只有push涉及扩容if (count == size) resize();this.items[count] = item;count++;return true;
}private void resize() {int[] newItem = new int[size << 1]; // 将容量变为两倍System.arraycopy(items,0,newItem,0,size); // 关键，所有数组的动态扩容本质上都是数组拷贝this.items = newItem; // 修改指针指向新数组
}

3.栈的应用

3.1 函数调用栈

操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种结构, 用来存储函数调用时的临时变量
每进入一个函数，就会将临时变量作为一个栈帧入栈，当被调用函数执行完成返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈

int main() {   int a = 1;  int ret = 0; int res = 0;  ret = add(3, 5);res = a + ret; printf("%d", res);   reuturn 0;\
}int add(int x, int y) {   int sum = 0;sum = x + y; return sum;
}

3.2 实现计算器

使用两个栈：操作数栈和符号栈
操作数和符号依次入栈，当 - 和 ÷ 要入栈时清空栈（操作数先出栈，符号再出栈 —> 结果）

比如现在要计算 3 + 5 x 8 - 6 的结果，过程其实很简单：

3.3 浏览器后退前进

使用两个栈：X(后退栈) 和 Y（前进栈）

把首次浏览的页面依次压入栈 X。比如你顺序查看了 a，b，c 三个页面，我们就依次把 a，b，c 压入栈，这个时候，两个栈的数据就是这个样子：

当点击后退按钮时，再依次从栈 X 中出栈，并将出栈的数据依次放入栈 Y。比如从页面 c 后退到页面 a 之后，就依次把 c 和 b 从栈 X 中弹出，并且依次放入到栈 Y

当我们点击前进按钮时，我们依次从栈 Y 中取出数据，放入栈 X 中。比如这个时候你又想看页面 b，于是你又点击前进按钮回到 b 页面，我们就把 b 再从栈 Y 中出栈，放入栈 X 中
当栈 X 中没有数据时，那就说明没有页面可以继续后退浏览了。当栈 Y 中没有数据，那就说明没有页面可以点击前进按钮浏览了。比如，你通过页面 b 又跳转到新的页面 d 了，页面 c 就无法再通过前进、后退按钮重复查看了，所以需要清空栈 Y

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