java学习笔记(基础篇)—数组模拟实现栈

栈的概念

• 先进后出策略(LIFO)
• 是一种基本数据结构
• 栈的分类有两种：1.静态栈（数组实现） 2.动态栈（链表实现）

• 栈的模型图如下：

  
  栈模型图

需求分析

在编写代码之前，我习惯先对要实现的程序进行需求分析，比如用什么数据结构存储数据，需要实现哪些基本的功能等。这次是通过数组模拟实现栈，所以是一个==静态栈==，但是我在栈满时通过arraycopy函数自动扩容，后面会细说。
我们要实现的功能至少应该包含以下功能：

public class Stack {
    private int[] array;//模拟栈
    private int length = 0;//栈总长度
    private int size = 0;//栈存在元素个数
    
    public Stack() {
        this(10);
    }
    public Stack(int length) {
        array = new int[length];
        this.length = length;
    }
    //入栈
    public void push(int num) {}
    
    //出栈
    public int pop() {}
    
    //栈是否为空
    public boolean isEmpty() {}
    
    //栈是否已满,已满则每次扩容5个单位
    public boolean isFull() {}
    
    //清除栈所有元素
    public void removeAll() {}
    
    //获取栈内存在元素个数
    public int getSize() {}
    
    //获取栈的总长度
    public int getLength() {}
}

具体实现

1. 入栈push()
   首先判断当前栈是否已满，如果已满则扩容；此时栈内存在元素size增加1。

    //入栈
    public void push(int num) {
        isFull();
        array[length-1-size] = num;
        size++;
    }

2. 出栈pop()
   判断当前栈是否为空，为空则返回0；不为空，将数组中最靠近下标0的非0元素置0；此时栈内元素size减1，并返回出栈的值；

    //出栈
    public int pop() {
        if(isEmpty()) {
            return 0;
        }
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (array[i]==0) {
                continue;
            }
            result = array[i];
            array[i] = 0;
            size--;
            break;
        }
        return result;
    }

3. 栈是否为空isEmpty()

    //栈是否为空
    public boolean isEmpty() {
        if(size==0) {
            System.out.println("栈为空！");
            return true;
        }
        return false;
    }

4. 栈是否已满,已满则每次扩容5个单位isFull()
   如果栈内存在的元素个数等于数组长度，则表示栈已满；通过new一个新的更大的数组，调用arraycopy方法将b的引用赋给array，并且数组的长度也要加长。
   arraycopy()的参数含义如下：

        /**
         * 参数含义
         * @param src 原数组对象的引用
         * @param srcPos 原数组要拷贝的数据的原始位置
         * @param dest 目标数组对象的引用
         * @param destPos 目标数组要拷贝的数据的原始位置
         * @param length 原数组要拷贝的长度
         */
           public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
           Object dest, int destPos, int length);

    //栈是否已满,已满则每次扩容5个单位
    public boolean isFull() {
        if (size==length) {
            //System.out.println("当前栈已满，扩容5个单位。");
            int[] b = new int[length+5]; 
            System.arraycopy(array, 0, b, 5, length);
            array = b;
            this.length += 5;
            return true;
        }
        return false;
    }

5. 清除栈所有元素removeAll()
   清除所有元素就是遍历一遍数组，将全部元素的值置0；

    //清除栈所有元素
    public void removeAll() {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (array[i]!=0) {
                array[i] = 0;
                size--;
            }
        }
    }

6. 获取栈内存在元素个数getSize()

    //获取栈内存在元素个数
    public int getSize() {
        return size;
    }
    

7. 获取栈的总长度getLength()

    //获取栈的总长度
    public int getLength() {
        return length;
    }

测试

public class StackTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个默认长度为10的栈
        Stack stack = new Stack(2);
        //入栈
        stack.push(10);
        stack.push(9);
        stack.push(8);
        System.out.println("当前栈元素个数:"+stack.getSize());
        System.out.println("当前栈的总长度:"+stack.getLength());
        stack.printStack();
        
        //出栈
        int p = stack.pop();
        System.out.println("当前出栈元素的值:"+p);
        System.out.println("当前栈元素个数:"+stack.getSize());
        System.out.println("当前栈的总长度:"+stack.getLength());       
        stack.printStack();
        
        //清空栈
        stack.removeAll();
        //stack.isEmpty();
        int p2 = stack.pop();
        System.out.println("当前出栈元素的值:"+p2);
        System.out.println("当前栈元素个数:"+stack.getSize());
        System.out.println("当前栈的总长度:"+stack.getLength());   
    }
}

测试结果：

当前栈元素个数:3
当前栈的总长度:7
当前栈情况:8 9 10 
当前出栈元素的值:8
当前栈元素个数:2
当前栈的总长度:7
当前栈情况:9 10 
栈为空！
当前出栈元素的值:0
当前栈元素个数:0
当前栈的总长度:7

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