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栈和队列就是这么简单

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Java 算法

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一、前言

上一篇已经讲过了链表【Java实现单向链表】了，它跟数组都是线性结构的基础，本文主要讲解线性结构的应用：栈和队列

如果写错的地方希望大家能够多多体谅并指正哦，如果有更好的理解的方式也希望能够在评论下留言，让大家学习学习～

二、数据结构【栈】就是这么简单

2.1数据结构【栈】介绍

数据结构的栈长的是这个样子：

其实非常好理解，我们将栈可以看成一个箱子

往箱子里面放东西叫做入栈
往箱子里面取东西叫做出栈
箱子的底部叫做栈底
箱子的顶部叫做栈顶

说到栈的特性，肯定会有一句经典的言语来概括：先进后出(LIFO, Last In First Out)

往箱子里边放苹果，箱子底部的苹果想要拿出来，得先把箱子顶部的苹果取走才行

2.2数据结构【栈】代码实现

栈的分类有两种：

静态栈(数组实现)
动态栈(链表实现)

从上一篇写链表我就认知到我的算法是有多渣了，普通的单链表操作也能把我绕得晕晕的。

由于我的链表还不是很熟，栈又不是很难，那么我就用链表来创建动态栈了！

既然是用链表，我们还是把上一篇节点的代码拿过来吧：


public class Node {

    //数据域
    public int data;

    //指针域，指向下一个节点
    public Node next;

    public Node() {
    }

    public Node(int data) {
        this.data = data;
    }

    public Node(int data, Node next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

}

要链表用来表示栈，这次会有两个指针：

栈顶
栈底


public class Stack {

    public Node stackTop;
    public Node stackBottom;

    public Stack(Node stackTop, Node stackBottom) {
        this.stackTop = stackTop;
        this.stackBottom = stackBottom;
    }

    public Stack() {
    }

}

2.2.1进栈

将原本栈顶指向的节点交由新节点来指向，栈顶指向新加入的节点


    /**
     * 进栈
     *
     * @param stack 栈
     * @param value 要进栈的元素
     */
    public static void pushStack(Stack stack, int value) {

        // 封装数据成节点
        Node newNode = new Node(value);

        // 栈顶本来指向的节点交由新节点来指向
        newNode.next = stack.stackTop;

        // 栈顶指针指向新节点
        stack.stackTop = newNode;

    }

2.2.2遍历栈

只要栈顶元素的指针不指向栈底，那么就一直输出遍历结果：


    /**
     * 遍历栈(只要栈顶指针不指向栈底指针，就一直输出)
     *
     * @param stack
     */
    public static void traverse(Stack stack) {
        Node stackTop = stack.stackTop;

        while (stackTop != stack.stackBottom) {

            System.out.println("关注公众号：Java3y：" + stackTop.data);

            stackTop = stackTop.next;
        }

    }

测试：


    public static void main(String[] args) {

        //初始化栈(无元素)
        Stack stack = new Stack(new Node(), new Node());

        //栈顶和栈尾是同一指向
        stack.stackBottom = stack.stackTop;

        //指向null
        stack.stackTop.next = null;

        //进栈
        pushStack(stack, 3);
        pushStack(stack, 4);
        pushStack(stack, 5);

        traverse(stack);

    }

结果：

这就符合了先进后出的特性了～

2.2.3判断该栈是否为空

很简单，只要栈顶和栈底是同一指向，那么该栈就为空


    /**
     * 判断该栈是否为空
     *
     * @param stack
     */
    public static void isEmpty(Stack stack) {
        if (stack.stackTop == stack.stackBottom) {

            System.out.println("关注公众号：Java3y---->该栈为空");
        } else {

            System.out.println("关注公众号：Java3y---->该栈不为空");

        }

    }

2.2.4出栈

在出栈之前看看该栈是否为空，不为空才出栈...
将栈顶的元素的指针(指向下一个节点)赋值给栈顶指针(完成出栈)

    /**
     * 出栈(将栈顶的指针指向下一个节点)
     * @param stack
     */
    public static void popStack(Stack stack) {

        // 栈不为空才能出栈
        if (!isEmpty(stack)) {

            //栈顶元素
            Node top = stack.stackTop;

            // 栈顶指针指向下一个节点
            stack.stackTop = top.next;

            System.out.println("关注公众号：Java3y---->出栈的元素是：" + top.data);

        }
    }

测试出栈：

多次出栈：

2.2.5清空栈

当时学C的时候需要释放内存资源，可是Java不用呀，所以栈顶指向栈底，就清空栈了


    /**
     * 清空栈
     * @param stack
     */
    public static void clearStack(Stack stack) {

        stack.stackTop = null;
        stack.stackBottom = stack.stackTop;
    }

三、数据结构【队列】就是这么简单

数据结构的队列长的是这个样子：

其实队列非常好理解，我们将队列可以看成小朋友排队

队尾的小朋友到指定的地点了-->出队
有新的小朋友加入了-->入队

相对于栈而言，队列的特性是：先进先出

先排队的小朋友肯定能先打到饭！

队列也分成两种：

静态队列(数组实现)
动态队列(链表实现)

这次我就使用数组来实现静态队列了。值得注意的是：往往实现静态队列，我们都是做成循环队列

做成循环队列的好处是不浪费内存资源！

3.1数据结构【队列】代码实现

这次我们使用的是数组来实现静态队列，因此我们可以这样设计：


public class Queue {

    //数组
    public int [] arrays;

    //指向第一个有效的元素
    public int front;

    //指向有效数据的下一个元素(即指向无效的数据)
    public int rear;

}

从上面的设计我们可以发现：rear并不指向最后一个有效的元素，在循环队列中这样设计是非常方便的！因为这样设计可以让我们分得清队头和队尾(不然循环队列不断入队或出队，位置是变化很快的)

由于我们是循环队列，所以front和rear值会经常变动，我们得把front和rear的值限定在一个范围内，不然会超出队列的长度的。

有这么一个算法：rear=（rear+1)%数组长度

比如rear的下标是2，数组的长度是6，往后面移一位是3，那么rear = （rear+1) % 6，结果还是3

3.1.2初始化队列

此时队列为空，分配了6个长度给数组(只能装5个实际的数字，rear指向的是无效的位置的)


    public static void main(String[] args) {

        //初始化队列
        Queue queue = new Queue();

        queue.front = 0;
        queue.rear = 0;
        queue.arrays = new int[6];

    }

3.1.3判断队列是否满了

如果rear指针和front指针紧挨着，那么说明队列就满了


    /**
     * 判断队列是否满了，front和rear指针紧挨着，就是满了
     * @param queue
     * @return
     */
    public static boolean isFull(Queue queue) {
        if ((queue.rear + 1) % queue.arrays.length == queue.front) {

            System.out.println("关注公众号：Java3y--->此时队列满了！");
            return true;
        } else {
            System.out.println("关注公众号：Java3y--->此时队列没满了！");
            return false;
        }
    }

3.1.4入队

判断该队列是否满了
入队的值插入到队尾中(具体的位置就是rear指针的位置【再次声明：rear指向的是无效元素的位置】
rear指针移动(再次指向无效的元素位置)


    /**
     * 入队
     *
     * @param queue
     */
    public static void enQueue(Queue queue,int value) {

        // 不是满的队列才能入队
        if (!isFull(queue)) {

            // 将新的元素插入到队尾中
            queue.arrays[queue.rear] = value;

            // rear节点移动到新的无效元素位置上
            queue.rear = (queue.rear + 1) % queue.arrays.length;
        }
    }

3.1.5遍历

只要front节点不指向rear节点，那么就可以一直输出


    /**
     * 遍历队列
     * @param queue
     *
     */
    public static void traverseQueue(Queue queue) {

        // front的位置
        int i = queue.front;

        while (i != queue.rear) {

            System.out.println("关注公众号：Java3y--->" + queue.arrays[i]);

            //移动front
            i = (i + 1) % queue.arrays.length;
        }

    }

队列没满时：

队列已满了就插入不了了(验证上面的方法是否正确)：

3.1.6判断该队列是否为空

只要rear和front指针指向同一个位置，那该队列就是空的了


    /**
     * 判断队列是否空，front和rear指针相等，就是空了
     * @param queue
     * @return
     */
    public static boolean isEmpty(Queue queue) {
        if (queue.rear  == queue.front) {
            System.out.println("关注公众号：Java3y--->此时队列空的！");
            return true;
        } else {
            System.out.println("关注公众号：Java3y--->此时队列非空！");
            return false;
        }
    }

3.1.7出队

出队的逻辑也非常简单：

判断该队列是否为null
如果不为null，则出队，只要front指针往后面移就是出队了!


    /**
     * 出队
     *
     * @param queue
     */
    public static void outQueue(Queue queue) {

        //判断该队列是否为null
        if (!isEmpty(queue)) {

            //不为空才出队
            int value = queue.arrays[queue.front];
            System.out.println("关注公众号：Java3y--->出队的元素是：" + value);

            // front指针往后面移
            queue.front = (queue.front + 1) % queue.arrays.length;

        }

    }

结果：