数据结构与算法-栈

发布时间 2023-11-07 11:57:26作者: 意犹未尽

什么是栈

 

栈是一种“操作受限”的线性表,只允许在一端插入和删除数据。

相比数组和链表,栈带给我的只有限制,并没有任何优势。那我直接使用数组或者链表不就好了吗?为什么还要用这个“操作受限”的“栈”呢?

从功能上来说,数组或链表确实可以替代栈,但你要知道,特定的数据结构是对特定场景的抽象,而且,数组或链表暴露了太多的操作接口,操作上的确灵活自由,但使用时就比较不可控,自然也就更容易出错。

当某个数据集合只涉及在一端插入和删除数据,并且满足后进先出、先进后出的特性,这时我们就应该首选“栈”这种数据结构。

栈的几种实现方式

顺序栈

基于数组实现

代码例子

 1 // 基于数组实现的顺序栈
 2 public class ArrayStack {
 3   private String[] items;  // 数组
 4   private int count;       // 栈中元素个数
 5   private int n;           //栈的大小
 6 
 7   // 初始化数组,申请一个大小为n的数组空间
 8   public ArrayStack(int n) {
 9     this.items = new String[n];
10     this.n = n;
11     this.count = 0;
12   }
13 
14   // 入栈操作
15   public boolean push(String item) {
16     // 数组空间不够了,直接返回false,入栈失败。
17     if (count == n) return false;
18     // 将item放到下标为count的位置,并且count加一
19     items[count] = item;
20     ++count;
21     return true;
22   }
23   
24   // 出栈操作
25   public String pop() {
26     // 栈为空,则直接返回null
27     if (count == 0) return null;
28     // 返回下标为count-1的数组元素,并且栈中元素个数count减一
29     String tmp = items[count-1];
30     --count;
31     return tmp;
32   }
33 }
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在入栈和出栈过程中,只需要一两个临时变量存储空间,所以空间复杂度是 O(1)。

这里存储数据需要一个大小为 n 的数组,并不是说空间复杂度就是 O(n)。因为,这 n 个空间是必须的,无法省掉。所以我们说空间复杂度的时候,是指除了原本的数据存储空间外,算法运行还需要额外的存储空间。

链式栈

基于链表实现

支持动态扩容的栈

链式栈天然支持扩容,顺序栈需要动态扩容数组

链式栈缺点就是使用的是链表。需要存储后驱节点指针

顺序栈是基于数组,扩容阶段的时候会拷贝一份到新数组,造成扩容的时候内存占用双份。同事还会预留一些闲置空间

关于栈的应用场景

函数调用栈

栈在表达式求值中的应用