數據結構_2：棧

棧 Stack

寫在開頭

• 線性結構，棧操作是數組操作的子集
• 先進後出的數據結構(LIFO)，只能從一端添加元素，也只能從一端取出元素，這一端稱爲棧頂

棧的實現：複用動態數組，採用接口的方式進行構造ArrayStack<E>

• Stack接口：

    public interface Stack<E> {
    
        /**
         * 獲取棧內元素容量
         * @return
         */
        int getSize();
    
        /**
         * 棧空判斷
         * @return
         */
        boolean isEmpty();
    
        /**
         * 入棧
         * @param e
         */
        void push(E e);
    
        /**
         * 出棧
         * @return
         */
        E pop();
    
        /**
         * 獲取棧頂元素
         * @return
         */
        E peek();
    }
  

• 接口實現類：ArrayStack<E>

    public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {
  
        private Array<E> array;
    
        public ArrayStack(int capacity) {
            array = new Array<>(capacity);
        }
    
        public ArrayStack() {
            array = new Array<>();
        }
    
        public int getCapacity() {
            return array.getCapacity();
        }
    
        @Override
        public int getSize() {
            return array.getSize();
        }
    
        @Override
        public boolean isEmpty() {
            return array.isEmpty();
        }
    
        @Override
        public void push(E e) {
            array.addLast(e);
        }
    
        @Override
        public E pop() {
    		// 等同於：array.remove(size - 1);
            return array.removeLast();
        }
    
        @Override
        public E peek() {
    		// 等同於：array.get(size - 1);
            return array.getLast();
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "stack.ArrayStack{" +
                    "array=" + array +
                    '}';
        }
    }
  

應用

• 編輯器 - Undo(撤銷)操作：Undo操作永遠撤銷的是當前一步操作的上一步操作，從操作棧中依次執行出棧操作。
• 操作系統 - 系統調用棧：記錄程序嵌套指令執行中斷點，將中斷點記錄壓入棧內(類比子函數執行點，重複子函數執行點入棧操作，直到調用至最底層子函數爲止)，出棧操作便是對底層中斷點結果進行依次返回的操作。
• 編輯器 - 括號匹配，以力扣-T20題目爲例：

  • 題面：

      給定一個只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判斷字符串是否有效。
      有效字符串需滿足：
      	左括號必須用相同類型的右括號閉合。
      	左括號必須以正確的順序閉合。
      注意空字符串可被認爲是有效字符串。
    

  • 題解：利用棧的特性，掃描給定字符串字符元素，對左括號類別字符( (、[、{ )，執行入棧操作，對於非左括號類別字符：取棧頂元素進行配對邏輯判斷，配對成功並且遍歷結束後棧爲空作爲匹配成功。

      import java.util.Stack;
      class Solution {
          public boolean isValid(String s) {
              Stack<Character> stack = new Stack<>();
              for (int i = 0; i < s.length(); i ++) {
                  char c = s.charAt(i);
                  if (c == '(' || c =='[' || c == '{') {
                      stack.push(c);
                  } else {
                      if (stack.isEmpty()) {
                          return false;
                      }
                      if (c == ')' && stack.pop() != '(') {
                          return false;
                      }
                      if (c == ']' && stack.pop() != '[') {
                          return false;
                      }
                      if (c == '}' && stack.pop() != '{') {
                          return false;
                      }
                  }
              }
              return stack.isEmpty();
          }
      }