Java學習72：使用Stack

原創

2020-02-27 09:54

還是先創建包com.tenth.stack，在包下創建Demo12.java

我們在前面瞭解到了單向進出、優先進出和雙向進出，我們這次瞭解一個叫棧（Stack）的隊列。
還記得Queue嗎？它是一種單向進出的隊列，同樣，棧也是單向進出，但是他們又有不同之處：

Queue一定是先進的先出
Stack一定是先進的後出

理解這兩個原理，就很簡單。

在Stack中，只有入棧和出棧的操作：

把元素壓棧：push(E);
把棧頂的元素“彈出”：pop(E);
取棧頂元素但不彈出：peek(E);

爲了更容易理解，這兒我多說兩句：相信大家小時候一定玩過手槍吧。我們可以把手槍的彈夾理解成一個棧，仔細想想，是不是先裝進去的子彈最後打出來，反而後裝進去的子彈先打出來；

在Java中，由於沒有單獨的Stack接口，所以我們一般都是使用Deque接口來模擬一個Stack，一共有以下三個功能：

把元素壓棧：push(E)/addFirst(E);
把棧頂的元素彈出來：pop(E)/removeFirst();
取棧頂的元素但是不彈出來：peek()/peekFirst();

當我們把Deque作爲Stack使用時，注意只調用push()/pop()/peek()方法，不要調用addFirst()/removeFirst()/peekFirst()方法，這樣代碼更加清晰。

Stack的作用
其實在很多的項目中，都有棧這個概念。同樣，棧也是我們用的最多的一個接口，例如：

static void main(String[] args) {
    foo(123);
}

static String foo(x) {
    return "F-" + bar(x + 1);
}

static int bar(int x) {
    return x << 2;
}

JVM會創建方法調用棧，每調用一個方法時，先將參數壓棧，然後執行對應的方法；當方法返回時，返回值壓棧，調用方法通過出棧操作獲得方法返回值。

因爲方法調用棧有容量限制，嵌套調用過多會造成棧溢出，即引發StackOverflowError：

public class Demo12 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            increase(1);
        }catch (StackOverflowError e){
            System.out.println("錯誤信息："+e);
        }
    }
    static int increase(int x){
        return increase(x)+1;
    }
}

這種就會引發一個棧溢出的錯誤；

我們再來看一個Stack的用途：對整數進行進制的轉換就可以利用棧。

例如，我們要把一個int整數12500轉換爲十六進制表示的字符串，如何實現這個功能？

首先我們準備一個空棧：

然後計算12500÷16=781…4，餘數是4，把餘數4壓棧：

然後計算781÷16=48…13，餘數是13，13的十六進制用字母D表示，把餘數D壓棧：

然後計算48÷16=3…0，餘數是0，把餘數0壓棧：

最後計算3÷16=0…3，餘數是3，把餘數3壓棧：

當商是0的時候，計算結束，我們把棧的所有元素依次彈出，組成字符串30D4，這就是十進制整數12500的十六進制表示的字符串。

計算中綴表達式
在編寫程序的時候，我們使用的帶括號的數學表達式實際上是中綴表達式，即運算符在中間，例如：1 + 2 * (9 - 5)。

但是計算機執行表達式的時候，它並不能直接計算中綴表達式，而是通過編譯器把中綴表達式轉換爲後綴表達式，例如：1 2 9 5 - * +。

這個編譯過程就會用到棧。我們先跳過編譯這一步（涉及運算優先級，代碼比較複雜），看看如何通過棧計算後綴表達式。

計算後綴表達式不考慮優先級，直接從左到右依次計算，因此計算起來簡單。首先準備一個空的棧：

然後我們依次掃描後綴表達式1 2 9 5 - * +，遇到數字1，就直接扔到棧裏：

緊接着，遇到數字2，9，5，也扔到棧裏：

接下來遇到減號時，彈出棧頂的兩個元素，並計算9-5=4，把結果4壓棧：

接下來遇到號時，彈出棧頂的兩個元素，並計算24=8，把結果8壓棧：

接下來遇到+號時，彈出棧頂的兩個元素，並計算1+8=9，把結果9壓棧：

掃描結束後，沒有更多的計算了，彈出棧的唯一一個元素，得到計算結果9。