简介：
栈是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。
1、相关介绍如下：
2、栈的应用场景：
3、栈的入门：
由于栈是一种有序列表，可以使用数组的结构来储存栈的数据内容，下面我们就用数组模拟栈的出栈，入栈等操作。
示意图如下：
1、用数组实现栈
class ArrayStack {
private int maxSize; // 栈的大小
private int[] stack; // 数组，数组模拟栈，数据就放在该数组
private int top = -1;// top表示栈顶，初始化为-1
// 构造器
public ArrayStack(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
stack = new int[this.maxSize];
}
// 栈满
public boolean isFull() {
return top == maxSize - 1;
}
// 栈空
public boolean isEmpty() {
return top == -1;
}
// 入栈-push
public void push(int value) {
// 先判断栈是否满
if (isFull()) {
System.out.println("栈满");
return;
}
top++;
stack[top] = value;
}
// 出栈-pop, 将栈顶的数据返回
public int pop() {
// 先判断栈是否空
if (isEmpty()) {
// 抛出异常
throw new RuntimeException("栈空，没有数据~");
}
int value = stack[top];
top--;
return value;
}
// 显示栈的情况[遍历栈]， 遍历时，需要从栈顶开始显示数据
public void list() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("栈空，没有数据~~");
return;
}
// 需要从栈顶开始显示数据
for (int i = top; i >= 0; i--) {
System.out.printf("stack[%d]=%d\n", i, stack[i]);
}
}
}
测试语句：
public static void main(String[] args) {
// 测试一下ArrayStack 是否正确
// 先创建一个ArrayStack对象->表示栈
ArrayStack stack = new ArrayStack(4);
String key = "";
boolean loop = true; // 控制是否退出菜单
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (loop) {
System.out.println("show: 表示显示栈");
System.out.println("exit: 退出程序");
System.out.println("push: 表示添加数据到栈(入栈)");
System.out.println("pop: 表示从栈取出数据(出栈)");
System.out.println("请输入你的选择");
key = scanner.next();
switch (key) {
case "show":
stack.list();
break;
case "push":
System.out.println("请输入一个数");
int value = scanner.nextInt();
stack.push(value);
break;
case "pop":
try {
int res = stack.pop();
System.out.printf("出栈的数据是 %d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case "exit":
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~~");
}
测试一下：
2、用单链表实现栈
1）准备工作
① 定义节点
class Node {
public int value;// 值
public Node next;// 指向下一节点
public Node(int value) {
this.value = value;
}
public int getValue() {
return value;
}
public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public Node getNext() {
return next;
}
public void setNext(Node next) {
this.next = next;
}
}
② 定义一个头指针代表栈顶
注：top 实质上也是一个 节点，只是这个节点里面没有放数据。
private Node top = new Node(0);
③因为是链表结构，所以无需判断栈满的情况，只需考虑 栈空 即可。
public boolean isEmpty() {
return top.getNext() == null;
}
2）入栈
采用头插法。（头插法详见：三、单链表的反转. ）
每入栈一个节点，都将top 指针指向它。
public void push(Node node) {
// 第一个节点的插入
if (top.getNext() == null) {
top.setNext(node);
return;
}
// 头插法
node.next = top.getNext();
top.setNext(node);
}
3）出栈
直接将第一个有效节点打印，并将top 指针后移即可。
public void pop() {
if (top.getNext() == null) {
System.out.println("Stack is empty! Out of stack failed!");
return;
}
System.out.println("The out stack nodes are:" + top.getNext().getValue());
top = top.getNext();
}
4）显示栈
遍历输出每个有效节点即可。
public void show() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("Stack empty！");
return;
}
Node temp = top;
System.out.println("The stack is as follows:");
while (temp.getNext() != null) {
System.out.printf("\t" + "|" + temp.getNext().getValue() + "|" + "\n");
temp = temp.getNext();
}
}
完整代码（含测试）：
package com.huey.stack;
import java.util.Scanner;
public class SingleLinkedListStackDemo {
public static void main(String[] args) {
SingleLinkedListStack stack = new SingleLinkedListStack();
String key = "";
boolean loop = true;
Scanner sc = new Scanner(System.in);
while (loop) {
System.out.println("show:显示栈");
System.out.println("exit:退出栈");
System.out.println("push:入栈");
System.out.println("pop:出栈");
System.out.println("Please enter your choice：");
key = sc.next();
switch (key) {
case "show":
try {
stack.show();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case "push":
System.out.println("Please input the data you want to stack：");
int data = sc.nextInt();
Node node = new Node(data);
stack.push(node);
break;
case "pop":
try {
stack.pop();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case "exit":
System.out.println("Exit successful~");
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
}
}
//单链表模拟栈
class SingleLinkedListStack {
private Node top = new Node(0);// 定义一个头指针代表栈顶
// 判断栈是否为空
public boolean isEmpty() {
return top.getNext() == null;
}
// 入栈(头插法)
public void push(Node node) {
// 第一个节点的插入
if (top.getNext() == null) {
top.setNext(node);
return;
}
// 头插法
node.next = top.getNext();
top.setNext(node);
}
// 出栈
public void pop() {
if (top.getNext() == null) {
System.out.println("Stack is empty! Out of stack failed!");
return;
}
System.out.println("The out stack nodes are:" + top.getNext().getValue());
top = top.getNext();
}
// 遍历栈
public void show() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("Stack empty！");
return;
}
Node temp = top;
System.out.println("The stack is as follows:");
while (temp.getNext() != null) {
System.out.printf("\t" + "|" + temp.getNext().getValue() + "|" + "\n");
temp = temp.getNext();
}
}
}
//定义节点
class Node {
public int value;// 值
public Node next;// 指向下一节点
public Node(int value) {
this.value = value;
}
public int getValue() {
return value;
}
public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public Node getNext() {
return next;
}
public void setNext(Node next) {
this.next = next;
}
}
为缩小篇幅，将测试结果放在一张图里。
栈实现简易计算器（存在BUG有空再改）：
抛开因为逻辑不严谨而出现的BUG不谈，老师解决这个问题的思想还是值得学学的。此外，这里待计算的表达式是中缀表达式，下一章会用后缀表达式来实现，比中缀简单多了。
package com.huey.stack;
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
// 根据前面的思路，完成表达式的运算
String expression = "13+9/3+4";
// 创建两个栈：数栈、符号栈
ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);
// 定义需要的相关变量
int index = 0;// 用于扫描
int num1 = 0;
int num2 = 0;
int oper = 0;
int res = 0;
char ch = ' ';// 将每次扫描得到的char 保存到ch
String keepNum = "";
// 开始while 循环的扫描expression
while (true) {
// 依次得到expression 的每一个字符
ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);// charAt(0):此方法返回这个字符串的指定索引处的char值
// 判断ch 是什么，然后做相应的处理
if (operStack.isOper(ch)) {
// 如果是运算符
// 判断当前的符号栈是否为空
if (!operStack.isEmpty()) {
// 如果符号栈有操作符，就进行比较，如果当前的操作符的优先级小于或等于栈中的操作符，就需要从数栈中pop 出两个数，
// 再从符号栈中pop 出一个符号，进行运算，将得到的结果入数栈，然后将当前的操作符入符号栈。
if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
num1 = numStack.pop();
num2 = numStack.pop();
oper = operStack.pop();
res = numStack.cal(num1, num2, oper);
// 把运算的结果入数栈
numStack.push(res);
// 把当前的操作符入符号栈
operStack.push(ch);
} else {
// 如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符，就直接入栈。
operStack.push(ch);
}
} else {
// 如果为空，直接入栈
operStack.push(ch);// 1 + 3
}
} else {
// 如果是数，则直接入数栈
// numStack.push(ch - 48);// ？＂1 + 3＂ '1'=>1（字符1的ASCLL码为49）
// 分析思路：
// 1、当处理多位数时，不能发现是一个数就立即入数栈，因为它可能是多位数。
// 2、再处理数时，需要向expression 的表达式的index 后再看一位，如果是数就进行扫描，如果是符号才能入栈
// 3、因此我们需要定义一个变量 字符串，用来拼接。
// 处理多位数
keepNum += ch;
// 如果ch 已经是expression的最后一位，就直接入栈
if (index == expression.length() - 1) {
numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
} else {
// 判断下一个字符是不是数字，如果是数字，就继续扫描，如果是运算符，就入栈
// 注意：只是看后一位，不是index++
if (operStack.isOper(expression.substring(index + 1, index + 2).charAt(0))) {
// 如果后一位是运算符，则入栈keepNum = "1" 或者 "123"
numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));// 字符串型的数字转换为整型的数字
// 重要！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！，keepNum清空
keepNum = "";
}
}
}
// 让index + 1，并判断是否扫描到expression 最后。
index++;
if (index >= expression.length()) {
// index 从0开始
break;// 扫描结束
}
}
// 当表达式扫描完毕，就顺序从 数栈和符号栈中pop 出相应的符号，并运行。
while (true) {
// 如果符号栈为空，则计算到最后的结果，数栈中只有一个数字【结果】
if (operStack.isEmpty()) {
break;
}
num1 = numStack.pop();
num2 = numStack.pop();
oper = operStack.pop();
res = numStack.cal(num1, num2, oper);
numStack.push(res);// 入栈
}
// 将数栈的最后数，pop 出，就是结果
int res2 = numStack.pop();
System.out.printf("表达式:%s = %d", expression, res2);
}
}
//先创建一个栈，直接使用前面创建好的
//定义一个 ArrayStack2 表示栈，需要扩展功能
class ArrayStack2 {
private int maxSize; // 栈的大小
private int[] stack; // 数组，数组模拟栈，数据就放在该数组
private int top = -1;// top表示栈顶，初始化为-1
// 构造器
public ArrayStack2(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
stack = new int[this.maxSize];
}
// 增加一个方法，可以返回当前栈顶的值，但是不是真正的pop
public int peek() {
// 偷看一眼
return stack[top];
}
// 栈满
public boolean isFull() {
return top == maxSize - 1;
}
// 栈空
public boolean isEmpty() {
return top == -1;
}
// 入栈-push
public void push(int value) {
// 先判断栈是否满
if (isFull()) {
System.out.println("栈满");
return;
}
top++;
stack[top] = value;
}
// 出栈-pop, 将栈顶的数据返回
public int pop() {
// 先判断栈是否空
if (isEmpty()) {
// 抛出异常
throw new RuntimeException("栈空，没有数据~");
}
int value = stack[top];
top--;
return value;
}
// 显示栈的情况[遍历栈]， 遍历时，需要从栈顶开始显示数据
public void list() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("栈空，没有数据~~");
return;
}
// 需要从栈顶开始显示数据
for (int i = top; i >= 0; i--) {
System.out.printf("stack[%d]=%d\n", i, stack[i]);
}
}
// 返回运算符的优先级，优先级是程序员来确定的，优先级使用数字表示
// 数字越大，则优先级越高
public int priority(int oper) {
if (oper == '*' || oper == '/') {
return 1;
} else if (oper == '+' || oper == '-') {
return 0;
} else {
return -1;// 假定目前的表达式只有+-*/
}
}
// 判断是不是一个运算符
public boolean isOper(char val) {
return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
}
// 计算方法
public int cal(int num1, int num2, int oper) {
int res = 0;// res 用于存放计算的结果
switch (oper) {
case '+':
res = num1 + num2;
break;
case '-':
res = num2 - num1; // 注意顺序
break;
case '*':
res = num1 * num2;
break;
case '/':
res = num2 / num1; // 注意顺序
break;
default:
break;
}
return res;
}
}