栈及其Java实现

​ 栈（Stack)又名堆栈，是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。其中，允许进行插入和删除操作的一端叫做栈顶（Top）,另一端叫做栈底（Bottom）,栈底固定，栈顶浮动。在栈中的元素个数为零时，该栈叫做空栈。插入的过程叫做进栈（Push），删除的 过程叫作退栈（Pop）。栈也叫作后进先出（FILO-First In Last Out）的线性表。具体的数据结构图如图所示。

要实现一个栈，需要先实现如下核心方法。

​ push()：向栈中压入一个数据，先入栈的数据在最下边。

​ pop()：弹出栈顶数据，即移除栈顶数据。

​ peek()：返回当前的栈顶数据。

栈的具体实现过程如下。

（1）定义栈的数据结构：

/**
 * 基于数组实现的顺序栈
 * @param <E>
 */
public class Stack<E> {
    private Object[] data = null;
    private int maxSize = 0; // 栈的最大容量
    private int top = -1; //栈顶的指针
    //构造函数：根据指定的size初始化栈
    Stack() {
        this(10); //默认栈的大小为10
    }
    Stack (int initialSize) {
        if (initialSize >= 10) {
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            top = -1;
        } else {
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小于0：" + initialSize);
        }
    }
}

​ 以上代码定义了一个Stack类，用于存储栈的数据结构；定义了一个数组data，用于存储栈中的数据；定义了一个变量maxSize，表示栈的最大容量；定义了一个变量top，表示栈顶的指针；定义了两个栈的构造函数，在构造函数没有参数时默认构造一个大小为10的栈。

（2）数据入栈，向栈顶压入一个数据：

    //进栈，第1个元素top=0
    public boolean push(E e) {
        if(top == maxSize - 1) {
            throw new RuntimeException("栈已满，无法将元素入栈！");
        } else {
            data[++top] = e;
            return true;
        }
    }

​ 以上代码定义了push方法来向栈中压入数据，在数据入栈前首先判断栈是否满了，具体的判断依据为栈顶元素的指针位置等于栈的最大容量。注意，这里使用maxSize-1是因为栈顶元素的指针是从0开始计算的。在栈有可用空间时，使用data[++top]=e在栈顶（top位置）上方新压入一个元素并将top加1.

（3）数据出栈，从栈顶移除一个数据：

 //弹出栈顶的元素
    public E pop() {
        if(top == -1) {
            throw new RuntimeException("栈为空！");
        } else {
            return (E)data[top--];
        }
    }

​ 以上代码定义了pop方法来从栈顶移除一个数据，在移除前先判断栈顶是否有数据，如果有，则通过data[top–]将栈顶数据移除并将top减1.

（4）查询数据：

 //查询栈顶元素但不移除
    public E peek() {
        if (top == -1) {
            throw new RuntimeException("栈为空！");
        } else {
            return (E)data[top];
        }
    }

以上代码定义了peek方法来取出栈顶的数据，在取出栈顶的数据前先判断栈顶的元素是否存在，如果存在，则直接返回栈顶的元素，否则抛出异常。

测试样例：

    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> element = new Stack<Integer>(15);
        for (int i = 0 ; i < 15 ; i++) {
            element.push(i);
        }
        System.out.println(element.pop());
        System.out.println(element.peek());
    }