当前位置：首页 > news >正文

[数据结构]栈和队列

news 来源：原创 2025/6/14 11:05:55

1. 栈(Stack)

1.1、概念

1.2、 Stack的常用方法

1.3、有关栈的术语区分

2、实现自己的栈

2.1、入栈

2.2、出栈

2.3、查看栈顶元素

2.4、链式栈

3、队列(Queue)

3.1、概念

3.2、Queue的常用方法

3.3、循环队列

4、实现自己的链式队列

4.1、入队

4.2、出队

4.3、其他

5、设计循环队列

1. 栈(Stack)

1.1、概念

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守 后进先出 LIFO（Last In First Out）的原则。底层是数组

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据在栈顶。

1.2、 Stack的常用方法

1.3、有关栈的术语区分

栈、虚拟机栈、栈帧有什么区别?

栈：数据结构

虚拟机栈：JVM划分的一块内存

栈帧：调用方法的时候会在虚拟机中给这个方法开辟一块内存，这段内存就是栈帧

2、实现自己的栈

2.1、入栈

2.2、出栈

2.3、查看栈顶元素

2.4、链式栈

链表来实现栈的问题：

如果是双向链表，链表首尾都可以做栈顶，入栈出栈时间复杂度都是O(1)

如果是单链表，

从头入栈 -> O(1)；从头出(删除头节点)：O(1)

从尾巴入 -> O(n)；从尾巴出：O(n)，从尾巴出有没有last的时间复杂度都是O(n)

3、队列(Queue)

3.1、概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出 FIFO(First In First Out)的特点；底层是链表

入队：进行插入操作 的一端，称为队尾（Tail/Rear）

出队：进行删除操作 的一端，称为队头（Head/Front）

3.2、Queue的常用方法

注：Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList对象，因为LinkedList实现了Queue接口

3.3、循环队列

使用数组作为队列时，会出现一种情况，在经过若干的入队出队操作后，空间还未满但无法再入队。

将数组改成一个环就能解决这个问题

如何解决这两个问题

1. rear和front相遇了他现在是空的还是满的？

2. rear 怎么从7下标来到0下标？

让 rear = (rear+1) % len 和 front = (front + 1) % len 就可以从7到0

解决是空还是满有很多种方案：

1. 使用usedSize 进行记录

2. 浪费一个空间来表示满（常用），例如数组长度是8，实际只能放7个元素

3. 使用标记，front和rear相遇一次标记一次

3.4、双端队列

双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque 是 “double ended queue” 的简称。说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

在实际中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口

Deque stack = new ArrayDeque<>(); // 双端队列的线性实现，底层是数组

Deque queue = new LinkedList<>(); // 双端队列的链式实现

这两行语句都不仅可以当做队列也可以当做栈，第二行语句也可以是链表

4、实现自己的链式队列

4.1、入队

4.2、出队

4.3、其他

5、设计循环队列

oj：622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode）

class MyCircularQueue {

    public int[] elem;

    public int front;//队头
    public int rear;//队尾


    public MyCircularQueue(int k) {
        elem = new int[k+1]; // 浪费一个空间来表示满
    }

    //入队
    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()) {
            return false;
        }
        elem[rear] = value;
        rear = (rear+1) % elem.length;
        return true;
    }
    
    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()) {
            return false;
        }
        front = (front+1) % elem.length;
        return true;
    }
    //得到队头元素
    public int Front() {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }

        return elem[front];
    }
    
    public int Rear() {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int index = (rear == 0) ? elem.length-1 : rear-1;
        return elem[index];
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        return front == rear;
    }
    
    public boolean isFull() {
        return (rear+1)%elem.length == front;
    }
}