如何使用数组和泛型在Java中实现栈？

Java 通过利用数组和泛型来实现堆栈。这创建了一个多功能且可重用的数据结构，该结构按照后进先出（LIFO）的原则运行。按照这个原则，元素是从顶部添加和删除的。通过利用数组作为基础，它确保了高效的内存分配和访问。此外，通过合并泛型，堆栈能够容纳不同类型的元素，从而增强其多功能性。

该实现涉及包含泛型类型参数的 Stack 类的定义。它包括基本方法，如push()、pop()、peek() 和isEmpty()。边缘情况的处理（例如堆栈溢出和下溢）对于确保无缝功能也至关重要。此实现使开发人员能够创建能够容纳 Java 中任何类型元素的堆栈。

Java 中的堆栈

在 Java 中，堆栈是一种重要的数据结构，它按照后进先出 (LIFO) 的原则运行。它表示元素的集合，其中最近添加的元素优先删除。 Java 中的栈类提供了多种有效操作元素的方法。例如，push 方法允许您将元素添加到堆栈顶部，而 pop 则删除并返回最顶层的元素。此外，peek 使您能够检索顶部元素而不删除它，并且 isEmpty 检查堆栈是否为空。

import java.util.Stack;

Stack<Type> stack = new Stack<>();
stack.push(element); // Adds 'element' to the top of the stack
Type topElement = stack.pop(); // Removes and returns the top element
Type peekElement = stack.peek(); // Retrieves the top element without removing it
boolean isEmpty = stack.isEmpty(); // Checks if the stack is empty

方法

使用数组和泛型在 Java 中实现堆栈有不同的方法，我们将深入研究这两种方法：

• 使用数组实现堆栈

• 使用泛型进行堆栈实现

使用数组实现堆栈

当使用数组在 Java 中实现堆栈时，会创建一个遵循后进先出 (LIFO) 原则的数据结构。在这种方法中，元素存储在数组中，而顶部变量用于跟踪表示堆栈中最顶层元素的索引。

堆栈类通常包含多个方法。其中包括push()，它将元素添加到堆栈的顶部，pop()，用于删除和检索最上面的元素，pe-ek()，允许您查看最上面的元素而不删除它，以及isEmpty ()，它检查堆栈是否为空。

算法

• 创建一个数组来存储堆栈的元素。

• 将名为“top”的变量初始化为-1，表示堆栈为空。

• 将元素压入堆栈：

• 检查堆栈是否已满（top == array.length - 1）。

• 如果堆栈未满，则将“top”变量加 1 并将元素分配给 array[top]。

• 从堆栈中弹出一个元素：

• 检查堆栈是否为空（top == -1）。

• 如果堆栈不为空，则从 array[top] 中检索元素并将“top”变量减 1。

示例

public class Stack {
   private int[] array;
   private int top;
   
   public Stack(int capacity) {
      array = new int[capacity];
      top = -1;
   }
   
   public void push(int element) {
      if (top == array.length - 1) {
         System.out.println("Stack is full. Cannot push element.");
      } else {
         top++;
         array[top] = element;
         System.out.println("Pushed element: " + element);
      }
   }
   
   public int pop() {
      if (top == -1) {
         System.out.println("Stack is empty. Cannot pop element.");
         return -1;
      } else {
         int poppedElement = array[top];
         top--;
         System.out.println("Popped element: " + poppedElement);
         return poppedElement;
      }
   }
   
   public int peek() {
      if (top == -1) {
         System.out.println("Stack is empty. No element to peek.");
         return -1;
      } else {
         System.out.println("Peeked element: " + array[top]);
         return array[top];
      }
   }
   
   public boolean isEmpty() {
      return (top == -1);
   }
   
   public static void main(String[] args) {
      Stack stack = new Stack(5);
      
      stack.push(10);
      stack.push(20);
      stack.push(30);
      
      stack.pop();
      
      stack.push(40);
      stack.push(50);
      
      stack.pop();
      stack.pop();
      stack.pop();
      stack.pop();
   }
}

输出

Pushed element: 10
Pushed element: 20
Pushed element: 30
Popped element: 30
Pushed element: 40
Pushed element: 50
Popped element: 50
Popped element: 40
Popped element: 20
Popped element: 10

使用泛型进行堆栈实现

具有泛型的堆栈实现可用作通用数据结构。它允许以后进先出 (LIFO) 方式存储和检索元素，从而提供处理各种数据类型的灵活性。通过利用泛型，这种适应性强的堆栈成为一个高效的容器，能够容纳任何类型的元素，使其具有极大的通用性和可重用性。

算法

• 创建一个名为 Stack 的泛型类来将元素存储在堆栈中。

• 在Stack类内部，有一个私有数组或链表来保存这些元素。

• 堆栈使用分配必要内存的构造函数进行初始化。

• 要将元素添加到堆栈顶部，需要实现 push(element: T) 方法，该方法会增加堆栈大小并存储该元素。

• 类似地，实现了 pop():T 方法来从堆栈中删除并返回顶部元素，同时减小其大小。

• peek(): T 方法允许检索顶部元素而不删除它。

• 此外， isEmpty(): boolean 方法检查堆栈是否为空，而 size(): number 返回堆栈中当前有多少元素。

示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.EmptyStackException;
import java.util.List;

public class Stack<T> {
   private List<T> stack;

   public Stack() {
      stack = new ArrayList<>();
   }

   public void push(T element) {
      stack.add(element);
   }

   public T pop() {
      if (isEmpty()) {
         throw new EmptyStackException();
      }
      return stack.remove(stack.size() - 1);
   }

   public T peek() {
      if (isEmpty()) {
         throw new EmptyStackException();
      }
      return stack.get(stack.size() - 1);
   }

   public boolean isEmpty() {
      return stack.isEmpty();
   }

   public int size() {
      return stack.size();
   }

   public void clear() {
      stack.clear();
   }

   public static void main(String[] args) {
      Stack<Integer> stack = new Stack<>();

      stack.push(1);
      stack.push(2);
      stack.push(3);

      System.out.println("Stack size: " + stack.size());
      System.out.println("Top element: " + stack.peek());

      while (!stack.isEmpty()) {
         System.out.println("Popped element: " + stack.pop());
      }
   }
}

输出

Stack size: 3
Top element: 3
Popped element: 3
Popped element: 2
Popped element: 1

结论

总之，在 Java 中使用数组和泛型来实现堆栈具有通用性和类型安全性的优点。通过合并泛型，开发人员可以创建一个名为“Stack”的泛型类，它可以容纳任何类型的元素，从而增强了实现的灵活性。这种方法确保堆栈数据结构能够适应各种场景，同时保持严格的类型约束。

stack 类使用 T[] 类型的数组来存储元素，并使用称为“top”的整数变量来跟踪最顶层的元素。它提供了push、pop、peek、isEmpty等基本方法，确保高效的堆栈操作。

开发人员可以利用此实现为特定类型创建自定义堆栈，同时受益于类型安全的优势。通过利用数组和泛型，可以在 Java 中实现健壮且高效的堆栈数据结构。

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