老生常谈Java中的栈和队列

 更新时间:2025年06月21日 14:34:11   作者:喜欢做梦  
文章介绍了Java中的栈和队列,栈遵循先进后出原则,操作高效但功能有限;队列遵循先进先出原则,顺序处理但访问受限,两者均可通过链表实现,栈适合临时数据存储,队列用于任务调度和缓冲,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧

一、🍰栈(Stack)

1.🥧什么是栈?

🍦栈

栈是一种数据结构,他是一种只允许在一端固定进行插入和删除操作的特殊线性表。先进入的数据被压入栈底最后进入的数据被放在栈顶,需要读出的数据从栈顶开始弹出,按照先入后出的原则。

操作:

入栈:也称为压栈/进栈,将插入的元素放在栈顶;

出栈: 将栈顶的元素进行删除;

🍦栈的特点

  • 操作受限性只允许一端固定进行插入和删除操作,不像顺序表可以进行任意的插入和删除;
  • 数据存储的有序性:元素遵循先进后出的原则,即先入栈的元素后出栈
  • 空间效率:无需像数组等数据结构分配存储大量的固定空间,可以根据元素的入栈和出栈发生动态变化,可以避免空间的浪费;
  • 时间复杂度出栈和出栈的时间复杂度都为O(1),操作效率高;

2.🥧栈的使用

栈的方法

方法功能
Stack()构造一个空的栈
E push(E e)将元素入栈
E pop()将元素出栈
E peek()获取栈顶元素
int size()获取栈中有效个数大小
boolean empty()判断栈是否为空

 细心的同学观察图片和表格中的方法会发现,图片中并没有size方法,是因为Stack继承于Vector,他使用的size方法是Vector中的方法;

什么是Vector?

  • Vector继承与List接口,他与ArrayList相似,与ArrayList不同的是,Vector是线程安全,当其相对性能较低。在当线程的情况下,如果不需要线程安全,更推荐ArrayList。

什么是线程安全?

  • 线程安全指的是在多线程的环境下,程序或代码能过正确地运行,不会出现数据不一致、竞争条件、死锁等问题。

方法的使用:

    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack=new Stack<>();
        //入栈
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        //获取有效个数大小
        System.out.println(stack.size());//3
        //获取栈顶元素
        System.out.println(stack.peek());//3
        //出栈
        stack.pop();
        //获取栈顶元素
        System.out.println(stack.peek());//2
        //查找元素下标
        System.out.println(stack.search(2));
    }

3.🥧栈的模拟实现

//数组模拟实现栈
public class MyStack {
    //元素
    public int[] n;
    //有效元素大小
    public int usedsize;
    //构造方法
    public MyStack(int[] n) {
        this.n = n;
    }
    //入栈:将元素进行插入
    //1.判断是否满了,满了用Arrays.copyOf进行扩容
    //1.用元素放入数组中,
    //2.元素个数增加
    public void push(int x){
        if(isFull()){
          this.n= Arrays.copyOf(n,2*n.length);
        }  
        n[usedsize]=x;
         usedsize++;
    }
    private boolean isFull(){
        return usedsize==n.length;
    }
    //出栈:将栈顶元素拿出
    //1.判断栈是否为空;
    // 2.将栈中元素减减即可
    public int pop(){
        if(empty()){
            return -1;
        }
        int val=n[usedsize-1];
         usedsize--;
         return val;
    }
    //获取栈顶元素
    //1.判断栈是否为空,如果为空抛出异常
    // 2.获取栈中元素
    public int peek(){
        if(empty()){
             throw new EmptyStackException();
        }
        return n[usedsize-1];
    }
    //判断栈是否为空
    //看其有效个数是否为0
    public boolean empty()throws EmptyStackException{
          return this.usedsize==0;
    }
}

可以通过链表来模拟实现栈吗?

 答案是:可以的

1.如果采用单链表来实现:

  • 采用的是头插法,入栈和出栈的时间复杂度都为O(1);
  • 采用的是尾插法,入栈的时间复杂度为O(n),如果有last,那么时间复杂度为O(1),但是出栈时间复杂度一定是O(n);

2.如果采用双链表来实现:

  • 不管是头插法和尾插法都可以实现;

4.🥧栈的优缺点

🍦优点:

  • 数据存储的有序性:元素遵循先进后出的原则,即先入栈的元素后出栈
  • 操作简单高效:栈的入栈和出栈操作都在栈顶进行,时间复杂度在为O(1),能迅速实现插入和删除;
  • 空间效率:无需像数组等数据结构分配存储大量的固定空间,可以根据元素的入栈和出栈发生动态变化,可以避免空间的浪费;

🍦缺点:

  • 功能有限:功能比较单一,只能在一端进行简单的插入和删除
  • 数据访问有限除栈顶元素外访问其他元素需要一一弹出,操作麻烦且效率低
  • 存储容量问题:虽然可以动态扩容,但是在大量元素入栈的时候,栈的连续空间可能受内存限制;

二、🍰队列(Queue)

1.🥞什么是队列?

🍦队列

队列就像日常生活中的排队一样,一端用于插入元素,称为队尾;另一端用于删除元素,称为队头。其遵循的的是先进先出的原则。

操作:

  • 入队:插入元素在队尾;
  • 出队: 删除元素在队头;

🍦队列的特点

  • 顺序性:队列按照先进先出的原则;
  • 操作受限性:队列主要集中于队头和队尾;
  • 存储结构的多样性:队列可以通过不同的存储结构来实现,常见的有数组和链表;
  • 并发处理优势:在多线程或多任务环境中,队列常用于实现数据的缓冲和同步;
  • 空间利用效率:可以实现空间的动态调整,提高空间的利用效率,避免空间浪费;

队列的分类

  • 普通队列:普通队列是队列最基本的形式,遵循先进先出的原则;

  • 双端队列(Dequeue):双端队列允许两端进行插入和删除操作,元素可以从队头出队和入队;

  • 循环队列:循环列队是将队列存储空间的最后一个位置绕到第一个位置,形成逻辑上的闭环;

  • 优先队列: 优先级队列中带有优先级元素,入队时按照优先级确定在队列中的位置,出队时总是优先级最高的元素先出队;这个得在二叉树学完才明白;

2.🥞队列的使用

🍦实例化

Queue是一个接口,不能实例化本身,但只要实现了这个接口都可以实例化,比如LinkedList、ArrayDeque以及PriorityQueue等等其他;

 public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue=new LinkedList<>();
        Queue<Integer> queue1=new ArrayDeque<>();
        Queue<Integer> queue2=new PriorityQueue<>();
    }

🍦Queue中的方法

看下面的图片,我们可以发现他们分为两类使用效果相同,但是使用目的不同: 

方法功能
boolean offer(E e)入列队
E poll()出列队
peek()获取队头元素
int size()有效元素个数
boolean isEmpty()判断是否为空

🍦队列的使用 

    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue=new LinkedList<>();
        //入队
        queue.offer(1);
        queue.offer(2);
        queue.offer(3);
        //获取有效元素个数
        System.out.println(queue.size());//3
        //获取队头元素
        System.out.println(queue.peek());//1
        //出队
        System.out.println(queue.poll());//1
    }

3.🥞队列模拟实现

普通队列用双链表模拟实现:

public class MyQueue {
     //创建节点类
    static class ListNode{
        public int val;
        public ListNode prev;
        public ListNode next;
         public ListNode(int val) {
             this.val = val;
         }
     }
     public ListNode first=null;
     public ListNode last=null;
     public int usedSize=0;
     //入队
    //判断是否为空,如果为空将头尾节点都等于该新节点
    //如果不是,将节点添加到队尾
    //有效元素个数增加
    public void offer(int val){
        ListNode listNode=new ListNode(val);
        if(isEmpty()){
            first=last=listNode;
        }else{
            last.next=listNode;
            listNode.prev=last;
            last=listNode;
        }
        usedSize++;
    }
    //出队
    //判断队列是否为空;
    //出队头元素,将队头指针向后移动
    //使用元素个数减少
    public int poll(){
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        int val= first.val;
        first=first.next;
        if(first!=null){
            first.prev=null;
        }
        return val;
    }
    //获取队头元素
    //判断队列是否为空
    //如果不为空,直接返回队头元素
    public int peek(){
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return first.val;
    }
    //判断是否为空
    //判断有效元素个数是否为0
    public boolean isEmpty(){
        return usedSize==0;
    }
}

4.🥞队列的优缺点

🍦优点:

  • 顺序处理:能保证顺序的依次处理;
  • 数据缓存:可作为数据缓存区。防止数据丢失;
  • 动态扩展:队列实现可以按需要实现动态扩展;

🍦缺点:

  • 访问受限:遵循先进先出原则;
  • 存储限制:通常有长度限制,如果超过容量会有数据丢失;
  • 性能问题:如果队列过长,可能会导致性能下降;

到此这篇关于老生常谈Java中的栈和队列的文章就介绍到这了,更多相关java栈和队列内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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