栈的主要知识

栈（Stack）是一种基础的数据结构，核心特点可以概括为 “先进后出（LIFO，Last-In-First-Out）”，就像日常生活中 “叠盘子”—— 最后叠上去的盘子，会被最先拿下来。其具体特点可从操作、结构、应用场景三方面展开：

一、核心操作特点（仅暴露 “两端” 中的一端）

栈的操作严格限制在 “栈顶”（即最后加入元素的位置），不允许直接操作栈中间或栈底的元素，常用操作只有 3 类，逻辑简单且可控：

1. 入栈（Push）：将元素添加到栈顶，栈的大小（元素个数）加 1；
   例：栈中已有 [a, b]（b 是栈顶），入栈 c 后，栈变为 [a, b, c]（c 成为新栈顶）。
2. 出栈（Pop）：从栈顶移除并返回元素，栈的大小减 1；
   例：对 [a, b, c] 出栈，会先移除 c，栈变为 [a, b]，返回值为 c。
3. 查看栈顶（Peek）：仅返回栈顶元素，不修改栈的结构（大小不变）；
   例：对 [a, b, c] 执行 peek，返回 c，栈仍为 [a, b, c]。

此外，还会有辅助操作：isEmpty()（判断栈是否为空）、size()（获取栈中元素个数）。

二、结构特点（逻辑结构 vs 物理实现）

1. 逻辑结构简单：本质是 “线性表” 的特殊形式（元素之间一对一相邻），但操作被严格限制（仅栈顶可操作），避免了无序访问的复杂度。

2. 物理实现灵活 ：

   • 可用 数组 实现（顺序栈）：栈底固定在数组下标 0，栈顶通过 “栈顶指针”（记录当前栈顶元素的下标）管理，操作高效（入栈 / 出栈时间复杂度 O(1)）。
   • 可用 链表 实现（链式栈）：栈顶对应链表的头节点，入栈时新节点成为新头，出栈时移除头节点，同样无需移动元素，效率与顺序栈一致。

三、应用场景特点（适合 “回溯”“临时缓存” 场景）

正因为 “先进后出” 和 “仅栈顶操作” 的特点，栈特别适合需要 “记录历史步骤、回溯到上一步” 或 “临时存储待处理元素” 的场景，例如：

• 括号匹配（如你之前写的括号有效性判断）：左括号入栈，遇到右括号时出栈匹配，未匹配完的左括号留在栈中。
• 字符串反转（如你用栈实现的 reverse2 方法）：字符依次入栈，出栈时自然倒序。
• 函数调用栈（Java、C 等语言的底层机制）：调用函数时，当前函数状态入栈；函数执行完，从栈顶恢复上一层函数状态，确保程序能回到调用前的位置继续执行。
• 表达式求值（如计算 3 + (2 * 4)）：用栈存储运算符和操作数，按优先级处理，确保先算括号内的表达式。

总结

栈的核心是 “先进后出 + 仅栈顶操作”，结构简单、操作可控，虽功能有限，但在需要 “回溯”“临时缓存” 的场景中效率极高，是编程中最基础且常用的数据结构之一。

四、栈的算法题

1.匹配括号

package 栈;import java.util.HashMap;
import java.util.Stack;public class Demo01 {public static void main(String[] args) {System.out.println(isValid("(){}[]]")); // 输出：false（最后多了一个]）System.out.println(isValid("(){}[]"));  // 输出：true（完全匹配）System.out.println(isValid("(]"));      // 输出：false（类型不匹配）System.out.println(isValid("(()"));     // 输出：false（左括号未匹配）}public static boolean isValid(String str) {HashMap<Character, Character> hashMap = new HashMap<>();hashMap.put(')', '(');hashMap.put('}', '{');hashMap.put(']', '[');Stack<Character> stack = new Stack<>();for (int i = 0; i < str.length(); i++) {char c = str.charAt(i);if (hashMap.containsKey(c)) {// 处理右括号：先判断栈是否为空if (stack.isEmpty()) {return false; // 栈空却有右括号，直接无效}// 弹出栈顶元素并判断是否匹配Character top = stack.pop();if (top != hashMap.get(c)) {return false; // 类型不匹配，返回无效}} else {// 左括号入栈stack.push(c);}}// 所有字符处理完后，栈必须为空才表示完全匹配return stack.isEmpty();}
}

2.反转字符串

package 栈;import java.util.Stack;//反转字符串
public class Two {public static void main(String[] args) {// 测试两种反转方法String string1 = reverse1("ab cdwfg");String string2 = reverse2("ab cdwfg");System.out.println(string1);System.out.println(string2);}// 利用StringBuilder反转字符串public static String reverse1(String str) {StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();// 从字符串末尾遍历到开头，逐个添加字符for (int i = str.length() - 1; i >= 0; i--) {char c = str.charAt(i);  // 获取当前索引位置的字符stringBuilder.append(c);  // 追加到StringBuilder}return stringBuilder.toString();  // 转换为字符串返回}// 利用栈的先进后出特性反转字符串public static String reverse2(String str) {Stack<Character> stack = new Stack<>();  // 用于存储字符的栈StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();// 将所有字符按顺序入栈for (int i = 0; i < str.length(); i++) {char c = str.charAt(i);stack.push(c);  // 入栈}int size = stack.size();  // 记录栈的初始大小// 依次出栈并拼接（栈顶元素为原字符串最后一个字符）for (int i = 0; i < size; i++) {Character c = stack.pop();  // 出栈stringBuilder.append(c);    // 追加到结果}return stringBuilder.toString();  // 返回反转后的字符串}
}```