Java数据结构----栈(Stack)源码分析和个人简单实现
来源：互联网 发布：淘宝远程装系统骗局 编辑：程序博客网 时间：2024/05/18 15:04
一、Stack源码分析
1.继承结构
栈是数据结构中一种很重要的数据结构类型，因为栈的后进先出功能是实际的开发中有很多的应用场景。Java API中提供了栈（Stacck)的实现。
Stack类继承了Vector类，而Vector类继承了AbstractList抽象类，实现了List接口，Cloneable接口，RandomAcces接口以及Serializable接口，需要指出的Vector内部还有两个内部类ListItr和Itr，Itr在继承Vector的同时实现了Iterator接口，而ListItr在继承了Itr类的同时实现了ListIterator接口。
2、图解
Stack类里的方法：
1).public Stack() //一个无参构造方法，能直接创建一个Stack
2).public E push(E item) //向栈顶压入一个项
3).public synchronized E pop() //移走栈顶对象，将该对象作为函数值返回
4).public synchronized E peek() //查找栈顶对象，而不从栈中移走。
5).public boolean empty() //测试栈是否为空
6).public synchronized int search(Object o) //返回栈中对象的位置，从1开始。
private static final long serialVersionUID = 1224463164541339165L;
其他值的方法是从Vector类继承而来，通过源码可以发现Vector有几个属性值：
protected Object[] elementData //elementData用于保存Stack中的每个元素；
protected int elementCount //elementCount用于动态的保存元素的个数，即实际元素个数
protected int capacityIncrement //capacityIncrement用来保存Stack的容量（一般情况下应该是大于elementCount）
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639 ; //MAX_ARRAY_SIZE 用于限制Stack能够保存的最大值数量
通过这几属性我们可以发现，Stack底层是采用数组来实现的。
1、public E push(E item) //向栈顶压入一个项
//向栈顶压入一个项 public E push(E item) {//调用Vector类里的添加元素的方法 addElement(item); return item; } public synchronized void addElement(E obj) {//通过记录modCount参数来实现Fail-Fast机制 modCount++;//确保栈的容量大小不会使新增的数据溢出 ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = obj; } private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { //防止溢出。超出了数组可容纳的长度，需要进行动态扩展！！！ if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } //数组动态增加的关键所在 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length;//如果是Stack的话，数组扩展为原来的两倍 int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity);//扩展数组后需要判断两次//第1次是新数组的容量是否比elementCount + 1的小（minCapacity;） if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity;//第1次是新数组的容量是否比指定最大限制Integer.MAX_VALUE - 8 大//如果大，则minCapacity过大，需要判断下 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } //检查容量的int值是不是已经溢出 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }2、public synchronized E peek() //查找栈顶对象，而不从栈中移走 //查找栈顶对象，而不从栈中移走。 public synchronized E peek() { int len = size(); if (len == 0) throw new EmptyStackException(); return elementAt(len - 1); } //Vector里的方法，获取实际栈里的元素个数 public synchronized int size() { return elementCount; } public synchronized E elementAt(int index) { if (index >= elementCount) { //数组下标越界异常 throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); }//返回数据下标为index的值 return elementData(index); } @SuppressWarnings("unchecked") E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; }3、public synchronized E pop() //移走栈顶对象，将该对象作为函数值返回
//移走栈顶对象，将该对象作为函数值返回 public synchronized E pop() { E obj; int len = size(); obj = peek();//len-1的得到值就是数组最后一个数的下标 removeElementAt(len - 1); return obj; } //Vector里的方法 public synchronized void removeElementAt(int index) { modCount++;//数组下标越界异常出现的情况 if (index >= elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } else if (index < 0) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); } //数组中index以后的元素个数，由于Stack调用的该方法，j始终为0 int j = elementCount - index - 1; if (j > 0) { // 数组中index以后的元素，整体前移，（这个方法挺有用的！！） System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); } elementCount--; elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */ }4.public boolean empty() //测试栈是否为空
public boolean empty() { return size() == 0; }5.public synchronized int search(Object o) //返回栈中对象的位置，从1开始。
// 返回栈中对象的位置，从1开始。如果对象o作为项在栈中存在，方法返回离栈顶最近的距离。 //栈中最顶部的项被认为距离为1。 public synchronized int search(Object o) {//lastIndexOf返回一个指定的字符串值最后出现的位置,//在一个字符串中的指定位置从后向前搜索 int i = lastIndexOf(o); if (i >= 0) { //所以离栈顶最近的距离需要相减 return size() - i; } return -1; } //Vector里的方法 public synchronized int lastIndexOf(Object o) { return lastIndexOf(o, elementCount-1); } public synchronized int lastIndexOf(Object o, int index) { if (index >= elementCount) throw new IndexOutOfBoundsException(index + " >= "+ elementCount);//Vector、Stack里可以放null数据 if (o == null) { for (int i = index; i >= 0; i--) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = index; i >= 0; i--) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; }二、个人简单实现
栈单链表实现：没有长度限制，并且出栈和入栈速度都很快
public class LinkedListStack {<pre name="code" class="java"> private LinkedList linkedList = new LinkedList(); //入栈 public void push(Object obj) { linkedList.insertHead(obj); }<pre name="code" class="java"> //向栈顶压入一个项 public E push(E item) {//调用Vector类里的添加元素的方法 addElement(item); return item; } public synchronized void addElement(E obj) {//通过记录modCount参数来实现Fail-Fast机制 modCount++;//确保栈的容量大小不会使新增的数据溢出 ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = obj; } private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { //防止溢出。超出了数组可容纳的长度，需要进行动态扩展！！！ if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } //数组动态增加的关键所在 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length;//如果是Stack的话，数组扩展为原来的两倍 int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity);//扩展数组后需要判断两次//第1次是新数组的容量是否比elementCount + 1的小（minCapacity;） if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity;//第1次是新数组的容量是否比指定最大限制Integer.MAX_VALUE - 8 大//如果大，则minCapacity过大，需要判断下 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } //检查容量的int值是不是已经溢出 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; } //出栈 public Object pop() throws Exception { return linkedList.deleteHead(); } public void display() { linkedList.display(); } /** * 栈单链表实现：没有长度限制，并且出栈和入栈速度都很快 */ private class LinkedList { private class Node { Node next; //下一个结点的引用 Object data; //结点元素 public Node(Object data) { this.data = data; } } private Node head; public LinkedList() { this.head = null; } } public void insertHead(Object data) { Node node = new Node(data); node.next = head; head = node; } public Object deleteHead() throws Exception { if (head == null) throw new Exception("Stack is empty!"); Node temp = head; //head = temp.next;也行 head = head.next; return temp.data; } public void display() { if (head == null) System.out.println("empty"); System.out.print("top -> bottom : | "); Node cur = head; while (cur != null) { System.out.print(cur.data.toString() + " | "); cur = cur.next; } System.out.print("\n"); }}}测试：
@Test public void testLinkedListStack() { LinkedListStack lls = new LinkedListStack(); lls.push(1); lls.push(2); lls.push(3); lls.display(); try { System.out.println(lls.pop()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } lls.display(); }top -> bottom : | 3 | 2 | 1 | 3
top -> bottom : | 2 | 1 |
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