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栈（Stack）详解与模拟实现

news 2025/10/26 13:54:18

前言

在数据结构的学习中，栈（Stack）是一个非常基础但极其重要的线性结构。它遵循 “后进先出”（LIFO, Last In First Out）的原则，广泛应用于算法设计、表达式求值、递归转迭代、括号匹配等场景。

本文将从栈的基本概念出发，介绍 Java 中 Stack 类的使用方式，并手把手带你模拟实现一个简易的栈结构，帮助你深入理解其内部原理。

一、什么是栈

栈是一种特殊的线性表，只允许在一端进行插入和删除操作：

栈顶（Top）：进行插入（压栈）和删除（出栈）操作的一端。
栈底（Bottom）：固定的一端，通常不进行操作。
LIFO 原则：最后入栈的元素最先出栈。

现实生活中的例子：

羽毛球桶的羽毛球先进后出
函数调用栈（方法嵌套调用）
撤销操作（Undo）

二、Java 中的 Stack 类

Java 提供了内置的 java.util.Stack 类，继承自 Vector，是线程安全的动态数组实现。

方法	功能说明
`Stack()`	构造一个空栈
`E push(E e)`	将元素 `e` 压入栈顶，返回该元素
`E pop()`	弹出并返回栈顶元素（栈为空时抛出异常）
`E peek()`	查看栈顶元素但不移除
`int size()`	返回栈中元素个数
`boolean empty()`	判断栈是否为空

代码示例：

import java.util.Stack;public class Main {public static void main(String[] args) {Stack<Integer> s = new Stack<>();s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);System.out.println("栈大小: " + s.size()); // 输出 4System.out.println("栈顶元素: " + s.peek()); // 输出 4s.pop(); // 弹出 4System.out.println("弹出后栈顶: " + s.pop()); // 弹出 3，输出 3if (s.empty()) {System.out.println("栈空");} else {System.out.println("当前栈大小: " + s.size()); // 输出 2}}
}

三、栈中的函数的模拟实现

设计思路：

使用 int[] array 存储数据
size 记录当前元素个数
支持动态扩容（类似 ArrayList）

import java.util.Arrays;public class MyStack {private int[] array;private int size;// 构造方法：初始容量为3public MyStack() {array = new int[3];}// 压栈public int push(int e) {ensureCapacity(); // 检查并扩容array[size++] = e;return e;}// 出栈public int pop() {if (empty()) {throw new RuntimeException("栈为空，无法出栈！");}return array[--size];}// 查看栈顶（不删除）public int peek() {if (empty()) {throw new RuntimeException("栈为空，无法获取栈顶元素！");}return array[size - 1];}// 获取栈大小public int size() {return size;}// 判断是否为空public boolean empty() {return size == 0;}// 动态扩容private void ensureCapacity() {if (size == array.length) {array = Arrays.copyOf(array, size * 2);}}
}