栈-Java实现栈数据结构

1、栈的基本概念

栈（英语：stack）又称为堆栈或堆叠，栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除
操作的特殊线性表。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，
需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。栈具有记忆作用，对栈的插
入与删除操作中，不需要改变栈底指针。

栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶
(top)，另一端为栈底(bottom)；栈底固定，而栈顶浮动；栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为
进栈（PUSH），删除则称为退栈（POP）。

由于堆叠数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运
作。栈也称为后进先出表。

这里以羽毛球筒为例，羽毛球筒就是一个栈，刚开始羽毛球筒是空的，也就是空栈，然后我们一个
一个放入羽毛球，也就是一个一个push进栈，当我们需要使用羽毛球的时候，从筒里面拿，也就是pop
出栈，但是第一个拿到的羽毛球是我们最后放进去的。

2、Java模拟简单的顺序栈实现

package person.shw.structure;

/**
 * @author Administrator
 * @create 2020/3/18
 * @since 1.0.0
 */
public class MyStack {

    private Object[] array;
    private int maxSize;
    private int top;

    // 初始化栈
    public MyStack(int size) {
        this.maxSize = size;
        array = new Object[size];
        top = -1;
    }

    // 元素入栈
    public void push(Object value){
        if (top < maxSize-1){
            array[++top] = value;
        }
    }

    // 元素出栈
    public Object pop() {
        return array[top--];
    }

    // 访问栈顶元素
    public Object peek() {
        return array[top];
    }

    // 判断栈是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return top ==-1;
    }

    // 判断栈是否已满
    public boolean isFull() {
        return top == maxSize-1;
    }
}

使用栈倒序输出字符串：

 public static void main(String[] args) {
        MyStack myStack = new MyStack(15);
        String str = "how are you";
        for (char c : str.toCharArray()) {
            myStack.push(c);
        }

        while (!myStack.isEmpty()){
            System.out.print(myStack.pop());
        }
    }

结果：

这个栈是用数组实现的，内部定义了一个数组，一个表示最大容量的值以及一个指向栈顶元素的
top变量。构造方法根据参数规定的容量创建一个新栈，push()方法是向栈中压入元素，指向栈顶的变量
top加一，使它指向原顶端数据项上面的一个位置，并在这个位置上存储一个数据。pop()方法返回top变
量指向的元素，然后将top变量减一，便移除了数据项。要知道 top 变量指向的始终是栈顶的元素。
产生的问题：
①、上面栈的实现初始化容量之后，后面是不能进行扩容的（虽然栈不是用来存储大量数据的），
如果说后期数据量超过初始容量之后怎么办？（自动扩容）
②、我们是用数组实现栈，在定义数组类型的时候，也就规定了存储在栈中的数据类型，那么同一
个栈能不能存储不同类型的数据呢？（声明为Object）
③、栈需要初始化容量，而且数组实现的栈元素都是连续存储的，那么能不能不初始化容量呢？
（改为由链表实现）

3、增强功能版栈

对于上面出现的问题，第一个能自动扩容，第二个能存储各种不同类型的数据，解决办法如下：
（第三个在讲链表的时候在介绍）
这个模拟的栈在JDK源码中，大家可以参考 Stack 类的实现

package person.shw.structure;
import	java.util.EmptyStackException;
import	java.util.Arrays;

/**
 * @author Administrator
 * @create 2020/3/18
 * @since 1.0.0
 */
public class MyStackPlus {

    private int initialCapacity;
    private Object[] elelementData;
    private int top;

    // 默认初始化容量
    public MyStackPlus() {
        elelementData = new Object[10];
        top = -1;
    }

    // 自定义初始化容量
    public MyStackPlus(int initialCapacity) {

        if (initialCapacity<0){
            throw new IllegalArgumentException("初始化容量不小于0=>"+initialCapacity);
        }
        this.initialCapacity = initialCapacity;
        top = -1;
        elelementData = new Object[initialCapacity];
    }

    // 元素入栈
    public Object push(Object value){

            isGrow(top+1);
            elelementData[++top] = value;
            return value;
    }

    // 元素出栈
    public Object pop() {
        
        if (top ==-1){
            throw new EmptyStackException();
        }
        Object obj = elelementData[top--];
        elelementData[top] = null;
        return obj;
    }

    // 访问栈顶元素
    public Object peek() {
        if (top ==-1){
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elelementData[top];
    }

    // 判断栈是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return top ==-1;
    }

    // 判断栈是否已满
    public boolean isFull() {
        return top == initialCapacity-1;
    }

    // 是否需要扩容，如果需要，则扩大一倍并返回true，不需要则返回false
    public boolean isGrow(int minCapacity){
        int oldCapacity = this.initialCapacity;
        // 如果当前元素压入栈之后总容量大于前面定义的容量，则需要扩容
        if (oldCapacity<minCapacity){
             int newCapacity = 0;
             // 判断栈容量扩大两倍是否大于int的范围
            if (oldCapacity<<1-Integer.MAX_VALUE>0){
                newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
            }else {
                newCapacity = oldCapacity<<1;
            }
            this.initialCapacity = newCapacity;
            elelementData = Arrays.copyOf(elelementData,initialCapacity);
            return true;
        }else {
            return false;
        }

    }
}

4、利用栈判断分隔符是否匹配

写过xml标签或者html标签的，我们都知道<必须和最近的>进行匹配，[ 也必须和最近的 ] 进行匹
配。
比如：<abc[123]abc>这是符号相匹配的，如果是 <abc[123>abc] 那就是不匹配的。
对于 12<a[b{c}]>，我们分析在栈中的数据：遇到匹配正确的就消除

//分隔符匹配
//遇到左边分隔符了就push进栈，遇到右边分隔符了就pop出栈，看出栈的分隔符是否和这个有分隔符匹配
@Test
public void testMatch(){
  MyStackPlus stack = new MyStackPlus(3);
  String str = "12<a[b{c}]>";
  char[] cha = str.toCharArray();
  for(char c : cha){
    switch (c) {
    case '{':
    case '[':
    case '<':
      stack.push(c);
      break;
    case '}':
    case ']':
    case '>':
      if(!stack.isEmpty()){
        char ch = stack.pop().toString().toCharArray()[0];
        if(c=='}' && ch != '{'
          || c==']' && ch != '['
          || c==')' && ch != '('){
          System.out.println("Error:"+ch+"-"+c);
       }
     }
      break;
    default:
      break;
   }
 }
}