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数据结构是每一位Java编程开发程序员都需要熟练掌握的一个编程知识点,而本文我们就通过案例分析来简单了解一下,栈的概念与实现类型都有哪些。
1、栈的概念
从功能上来说,同为线性表的数组和链表完全可以替代栈的使用。
但是,从某种角度来说,数组和链表暴露太多的操作接口,使用起来比较复杂,非常容易出错。
因此,当数据集合只需要在一端插入和删除数据,并且满足先进后出、后进先出的特性,可以选“栈”这种数据结构。
以下是栈的一些概念:
允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶,栈顶会根据插入、删除操作进行浮动
不允许进行插入和删除操作的一端称为栈底,栈底是固定不变的
栈中元素个数为零时称为空栈
往栈中插入元素称作进栈
删除栈顶的元素称作出栈
2、栈的实现
在物理存储层面,栈既可以用数组实现,也可以用链表实现,在这两种数据结构的基础上增加栈的限制即可。
使用数组实现的栈被称为顺序栈,使用链表实现的栈被称为链式栈。
3、顺序栈
使用数组作为栈存储数据的物理存储结构,需要先申请一个大小为n的数组。
将数组的尾部作为栈顶,入栈和出栈都只在栈顶做相应处理,使用一个变量表示数组存储的元素个数,这样入栈、出栈的操作都能达到O(1)的时间复杂度。
基于数组实现的栈存在一个限制,即数组在声明之后是固定大小的,当栈满的时候,则无法再次往数组中添加数据。这样就涉及到对数组进行动态扩容,当数组空间不够的时候,需要重新申请一块更大的内存,将原来数组中数据统统拷贝过去。
实际上,支持动态扩容的顺序栈在实际开发中并不常见。使用到顺序栈这种数据结构的情况,一般都是规模比较小的数据,知道数据的大规模时可以避免爆栈。
4、链式栈
对于数据规模比较大的情况,使用链表实现栈则会更加方便。这时候,不需要提前申请内存空间,而是需要创建一个哨兵结点指向头结点。
链式栈一般会使用头插法创建链表。将头结点作为栈顶,每次入栈都当作链表在头结点插入元素,每次出栈都当作链表删除头结点。这些操作都只需要处理好哨兵结点的指向即可,使用链式栈能达到O(1)的时间复杂度。
基于链表实现的栈不需要像数组一样要动态扩容,链表是天生支持动态扩容的。
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