目录
一、栈
（1）用数组实现
（2）用单链表实现
（3）用标注尾结点的单链表实现
（4）用双向链表实现
2、栈的实际应用
（1）改变元素的序列
（2）将递归转化为循环（逆序打印链表）
（3）括号匹配
（4）逆波兰表达式求值
（5）出栈入栈次序匹配
（6）最小栈
二、队列
1、队列的使用
2、队列的模拟实现
3、循环队列
4、双端队列Deque
三、面试题
1、用栈实现队列
2、用队列实现栈
一、栈
栈是一种特殊的线性表，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的原则
- 压栈/进栈/入栈：栈的插入操作
- 出栈：栈的删除操作
|
方法
| 功能 |
| Stack() | 构造一个空的栈 |
| E push(E e) | 将e入栈，并返回e |
| E pop() | 将栈顶元素出栈并返回 |
| E peek() | 获取栈顶元素 |
| int size() | 获取栈中有效元素个数 |
| boolean empty() | 检测栈是否为空 |
1、栈的模拟实现
（1）用数组实现
（2）用单链表实现
- 若使用尾插法，则入栈时间复杂度为O(n)，出栈时间复杂度为O(n)
- 若使用头插法，则入栈复杂度为O(1)，出栈复杂度为O(1)
（3）用标注尾结点的单链表实现
- 尾插法：入栈O(1)，出栈O(n)（因为删除尾结点依旧要遍历到前一个结点，改变其next值）
- 头插法：入栈O(1)，出栈O(1)
（4）用双向链表实现
无论尾插还是头插时间复杂度都为O(1)
LinkedList<Integer> stack=new LinkedList<>();
stack.push(1);// addFirst(e);
stack.push(2);
stack.push(3);
System.out.println(stack.peek());//拿到头结点32、栈的实际应用
（1）改变元素的序列
（2）将递归转化为循环（逆序打印链表）
//1、递归方式
void reverseprintList1(Node head){
if(head!=null){
printList(head.next);
System.out.print(head.val + " ");
}
}
//2、循环方式
void reverseprintList2(Node head){
if(head==null){
return;
}
Stack<Node> s = new Stack<>();
// 将链表中的结点保存在栈中
Node cur = head;
while(cur!=null){
s.push(cur);
cur = cur.next;
}
// 将栈中的元素出栈
while(!s.empty()){
System.out.print(s.pop().val + " ");
}
}（3）括号匹配
给定一个只包含' ( '、' ) '、' { '、' } '、' [ '、' ] '的字符串s，判断括号是否匹配。匹配条件：左括号必须与相同类型的右括号闭合，不可交错排列
匹配示例：(){}[]、({}[])、([{}])、()[{}]
public boolean isValid(String s) {
Stack<Character> stack=new Stack<Character>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
char c=s.charAt(i);
if (c=='(' || c=='[' || c=='{'){
//c为左括号就添加进来等着对称匹配
stack.push(c);
}else {
//c为右括号
//此时栈中可能有左括号等着匹配，也可能为空（无法匹配）
if (stack.empty()){
return false;
}
//不为空，则栈中存放的是左括号，那就判断c与栈顶元素是否匹配（因为两括号必须要对称匹配）
char top=stack.peek();
if (c==')' && top=='(' || c==']' && top=='[' || c=='}' && top=='{'){
//对称匹配了则弹出此左括号
stack.pop();
}else {
//遇到一个右括号无法与栈顶左括号对称匹配，则无法匹配
return false;
}
}
}
//如果s遍历完发现栈中不为空，即栈中仍有残存左括号未进行匹配，不匹配
if (!stack.empty()){
return false;
}
//否则匹配
return true;
}（4）逆波兰表达式求值
中缀表达式转化为后缀表达式技巧：
public int evalRPN(String[] tokens) {
Stack<Integer> stack=new Stack<>();
for (String s : tokens) {
if (!isOperation(s)) {
//压入数字字符
stack.push(Integer.parseInt(s));
}else {
//运算符则弹出栈顶2个元素进行操作（先弹出的放运算符右边）
int num2=stack.pop();
int num1=stack.pop();
switch (s){
case "+":
stack.push(num1+num2);
break;
case "-":
stack.push(num1-num2);
break;
case "*":
stack.push(num1*num2);
break;
case "/":
stack.push(num1/num2);
break;
}
}
}
return stack.pop();
}
private boolean isOperation(String s) {
if (s.equals("+") || s.equals("-") || s.equals("*") || s.equals("/")){
//是运算符
return true;
}
return false;
}（5）出栈入栈次序匹配
public boolean IsPopOrder (int[] pushV, int[] popV) {
Stack<Integer> stack=new Stack<>();
int j=0;
for (int i = 0; i < pushV.length; i++) {
stack.push(pushV[i]);
while (!stack.empty() && j<popV.length && stack.peek()==popV[j]){
stack.pop();
j++;
}
}
return stack.empty();
}（6）最小栈
class MinStack {
private Stack<Integer> stack;
private Stack<Integer> minStack;//存储阶段性最小值
private int minValue;
public MinStack() {
stack=new Stack<>();
minStack=new Stack<>();
}
public void push(int val) {
stack.push(val);
if (minStack.empty()){
minStack.push(val);
}else {
if (val<=minStack.peek()){
minStack.push(val);
}
}
}
public void pop() {
if (!stack.empty()){
int ret=stack.pop();
if (minStack.peek()==ret){
minStack.pop();
}
}
}
public int top() {
//获取stack栈顶元素
if (stack.empty()){
return -1;
}
return stack.peek();
}
public int getMin() {
//获取minStack栈顶元素
if (minStack.empty()){
return -1;
}
return minStack.peek();
}
}
- 栈：一种数据结构。是一种特殊的线性表，只允许在栈顶进行插入和删除操作，栈顶的数据元素遵守后进先出的原则
- 虚拟机栈：JVM内存管理的一部分，用于管理函数调用的内存和回收。属于线程私有，确保每个线程的内存隔离和安全。
- 栈帧：函数调用过程中的内存管理单元。包含局部变量表、操作栈等信息。每个方法在运行时JVM都会创建一个栈帧，并将其压入虚拟机栈中；当方法调用结束时对应的栈帧会从虚拟机栈中出栈，确保函数调用的顺利进行和结束后的资源释放
二、队列
队列：只允许在一端进行插入和删除数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表
- 进行插入操作的一端称为队尾，进行删除操作的一端称为队头
- 队列遵守先进先出的原则
1、队列的使用
在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的
|
方法
| 功能 |
| boolean offer(E e) | 入队列 |
| E poll() | 出队列 |
| peek() | 获取队头元素 |
| int size() | 获取队列中有效元素个数 |
| boolean isEmpty() | 检测队列是否为空 |
Queue是个接口，在实例化时必须实例化LInkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口
Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
// 从队尾入队列
q.offer(1);
q.offer(2);
q.offer(3);
q.offer(4);
q.offer(5);
System.out.println(q.size());//5
System.out.println(q.peek()); // 获取队头元素 1
q.poll();//弹出队头元素 1
System.out.println(q.poll()); // 从队头出队列，并将删除的元素返回 2
if(q.isEmpty()){
System.out.println("队列空");
}else{
System.out.println(q.size());//3
}2、队列的模拟实现
队列中既然可以存储元素，那底层肯定要有能够保存元素的空间。通过前面线性表的学习了解到常见的空间类型有2种：顺序结构和链式结构。那是用哪种结构实现比较好呢？
（1）双向链表实现
（2）数组实现
如果rear==elem.length-1之后发现数组前面还有位置还可以往前面插入元素就好了，这时候也就是我们的循环队列
3、循环队列
数组设计循环队列
4、双端队列Deque
双端队列是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列
Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList对象
在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口
Deque<Integer>stack =newArrayDeque<>();//双端队列的线性实现
Deque<Integer>queue=newLinkedList<>();//双端队列的链式实现三、面试题
1、用栈实现队列
class MyQueue {
Stack<Integer> inStack;
Stack<Integer> outStack;
public MyQueue() {
inStack=new Stack<>();
outStack=new Stack<>();
}
public void push(int x) {
inStack.push(x);
}
public int pop() {
if (empty()){
return -1;//队列此时为空
}
if (outStack.empty()){
while (!inStack.empty()){
outStack.push(inStack.pop());
}
}
return outStack.pop();
}
public int peek() {
if (empty()){
return -1;
}
if (outStack.empty()){
while (!inStack.empty()){
outStack.push(inStack.pop());
}
}
return outStack.peek();
}
public boolean empty() {
return inStack.empty() && outStack.empty();
}
}2、用队列实现栈
class MyStack {
private Queue<Integer> qu1;
private Queue<Integer> qu2;
public MyStack() {
qu1=new LinkedList<>();
qu2=new LinkedList<>();
}
//入栈入到不为空的队列，都为空则入到qu1即可
public void push(int x) {
if (!qu1.isEmpty()){
qu1.offer(x);
}else if (!qu2.isEmpty()){
qu2.offer(x);
}else {
qu1.offer(x);
}
}
//出栈出不为空的队列size-1个。最后一个元素就是要出栈的元素
public int pop() {
if (empty()){
return -1;//栈为空
}
if (!qu1.isEmpty()){
int size=qu1.size();
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
qu2.offer(qu1.poll());
}
return qu1.poll();
}else {
int size=qu2.size();
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
qu1.offer(qu2.poll());
}
return qu2.poll();
}
}
public int top() {
int tmp=-1;
if (empty()){
return -1;//栈为空
}
if (!qu1.isEmpty()){
int size=qu1.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
tmp=qu1.poll();
qu2.offer(tmp);//出的最后一个元素存在tmp即为栈顶元素
}
return tmp;
}else {
int size=qu2.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
tmp=qu2.poll();
qu1.offer(tmp);
}
return tmp;
}
}
public boolean empty() {
return qu2.isEmpty() && qu1.isEmpty();
}
}
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