狗窝：用数组实现一个栈

狗窝：用数组实现一个栈

看过西游记的同学应该记得，有一回，四人被妖怪抓住，要下蒸笼，担心猪八戒皮糙肉厚不容易熟把他放在最底下一格。八戒哇哇大叫。孙悟空却还嘲笑妖怪是雏儿，说皮厚的其实该放在上边才熟的快。小时候看这段，很精彩，但一直没去没验证这个说法的真实性，谁让大师兄看起来很厉害的样子……。哈，扯远了。举这个栗子是想用它引入咱们今天的主题——用数组来实现一个栈。

栈是一种基本的数据结构，具有后进先出(LIFO —— last in - first out)的特性。在生活中的栗子也随处可见，一叠碗、一摞书、妖怪用的蒸笼都是经典的栈结构。那么在程序里如何去实现一个栈呢？要弄清这个问题，我们先要知道栈拥有哪些行为。网上文章不少，我试着用自己的语言再描述一下：栈是一个容器，一般来说容量是固定的，我们把向这个容器中插入一个元素叫作入栈(push)，把删除一个元素叫作出栈(pop)，不管是入栈还是出栈，你每次的操作都只能在容器最顶上的那个位置进行。

基于这些行为，可以定义这样一个接口：

public interface IStack {    /**     * 入栈。先限定类型只能是String，同时不允许插入null     *     * @param value push value     */    void push(@NotNull String value);    /**     * 出栈     */    void pop();    /**     * 清空栈     */    void clean();    /**     * 返回栈大小     *     * @return stack size     */    int size();    /**     * 栈是否为空     *     * @return is empty     */    boolean isEmpty();}

初具雏形了呢，虽然它还什么都不能做。但有了这个框架，就可以一步步往里面填东西了。接下来新建一个类，实现 IStack 接口

public class Stack implements IStack {    private static final int DEFAULT_INCREMENT = 4;    private String[] container;    private int size = 0;    private int top = -1;   // 栈顶索引  public Stack() {        this(DEFAULT_INCREMENT);    }    public Stack(int increment) {        if (increment <= 0) {            throw new IllegalArgumentException("Increment must be greater than zero.");        }        container = new String[increment];    }}    

实现接口方法

 @Override    public void push(@NotNull String value) {        top += 1;        if (top < container.length) {            container[top] = value;        }        // 1.new一个空数组，长度为container.len+1         // 2.把container的元素复制到temp中，并将新元素插入到数组temp尾部        // 3.temp赋给container        else {            String[] temp = new String[container.length + 1];            System.arraycopy(container, 0, temp, 0, container.length);            temp[temp.length - 1] = value;            container = temp;        }        size += 1;    }    @Override    public void pop() {        if (isEmpty()) {            throw new StackOverflowException("The stack is empty");        }        this.container[top] = null;        size -= 1;        top -= 1;    }    @Override    public void clean() {       while (!isEmpty()) {            pop();        }    }    @Override    public int size() {        return size;    }    @Override    public boolean isEmpty() {        return size == 0;    }

现在来测试一下

public static void main(String[] args) {        Stack<String> st1 = new Stack<>();        st1.push("烧麦");        st1.push("豆沙");        st1.push("猪肉大葱");        st1.push("老面馒头");        st1.push("白团子");        st1.pop();        st1.pop();        st1.pop();        st1.set("芹菜香菇包");        outputStackInfo(st1);}

stack info : Stack{container=[烧麦, 芹菜香菇包, null, null, null]}
stack top : 1
stack size : 2
stack empty : false

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到这里，我们已经基本上用数组实现了一个栈。为什么说基本上呢？因为我们只实现了接口中的几个方法。至少目前看来，它还存在以下几个缺陷：

• 从功能上
  
  1. 只能存储 String 类型，如何利用泛型让它支持多种类型的存储呢。
  2. 从外部无法访问元素，是否需要对外提供 get 方法？另外，是否需要支持循环遍历。
• 从实现细节上
  
  1. size 达到数组的长度时，每次增量为 1。
  2. 没有限制栈的 max size。

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如果你有兴趣，可以尝试去解决一下。

参考：

• 《算法导论》第10章：基本数据结构
• java doc