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顺序栈结构

栈结构

栈结构是一种线性结构,栈结构包括两类:
1. 顺序栈结构:即使用一组地址连续的内存单元依次保存栈中的数据。在程序中,可以定义一个指定大小的结构数组来作为栈,序号为0的元素就是栈底,再定义一个变量top保存栈顶的序号即可。
2. 链式栈结构:即使用链表形式保存栈中各元素的值。链表首部(head引用所指向元素)为栈顶,链表尾部(指向地址为null)为栈底。

栈结构是按照“后进先出”的原则处理节点数据的。在栈结构中,只有栈顶元素是可以访问的。一般栈结构的基本操作有两个:
1. 入栈(Push):将数据保存到栈顶的操作。进行入栈操作前,先修改栈顶引用,使其向上移一个元素,然后将数据保存到栈顶引用所指的位置。
2. 出栈(Pop):将栈顶的数据弹出的操作。先取出栈顶指针所指位置的数据,再通过 修改栈顶引用,使其指向栈中的下一个元素。

准备数据

class DATA{String name;int age;
}/** 顺序栈结构*/
class StackType{                static final int MAXLEN = 50;DATA[] data = new DATA[MAXLEN+1];   // 构建栈结构int top;        // 栈顶
}

在上述代码中,定义了栈结构的最大长度MAXLEN,栈结构数据元素的类DATA及栈结构的类StackType。在类StackType中,data为数据元素,top为栈顶的序号。当top=0时表示栈为空,当top=SIZE时表示栈满。

Java语言中数组都是从下标0开始的。在这里,为了讲述和理解的方便,从下标1开始记录数据结点,下标0的位置不使用。

初始化栈结构

顺序栈的初始化操作步骤:
1. 按符号常量SIZE指定的大小申请一片内存空间,用来保存栈中的数据。
- 设置栈顶引用的值为0,表示一个空栈。

StackType STInit(){     // 栈的初始化StackType p;if((p=new StackType())!=null){      // 申请栈内存p.top = 0;      // 设置栈顶为0return p;       // 返回指向栈的引用}return null;
}

判断空栈

判断空栈即判断一个栈结构是否为空。如果是空栈,则表示该结构中没有数据。此时可以进行入栈操作,但不可以进行出栈操作。

boolean STIsEmpty(StackType s){     // 判断栈是否为空return s.top==0;
}

判断满栈

如果是满栈,则表示该结构中没有多余的空间来保存额外数据。此时不可以进行入栈操作,但是可以进行出栈操作。

boolean STIsFull(StackType s){      // 判断栈是否已满return s.top==MAXLEN;
}

清空栈

清空栈即清除栈中的所有数据,在程序中简单地将栈顶引用top设置为0,表示执行清空栈操作。

void STClear(StackType s){      // 清空栈s.top = 0;
}

释放空间

释放空间即释放栈结构所占用的内存单元,程序中,直接赋值null操作释放所分配的内存。一般在不需要使用栈结构的时候使用,特别是程序结束时。

void STFree(StackType s){       // 释放栈所占用的空间if(s != null){s = null;}
}

入栈

入栈(Push)是栈结构的基本操作,主要操作是将数据元素保存到栈结构。
1. 首先判断栈顶top,如果top大于等于SIZE,则表示溢出,进行出错处理;否则执行以下操作。
2. 设置top=top+1(栈顶引用加1,指向入栈地址)。
3. 将入栈元素保存到top指向的位置。

int PushST(StackType s, DATA data){     // 入栈if(s.top+1 > MAXLEN){System.out.println("栈溢出!\n");return 0;}s.data[++s.top] = data;     // 元素入栈,top指针+1return 1;
}

出栈

出栈(Pop)是栈结构的基本操作,主要操作与入栈相反,其操作是栈顶弹出一个数据元素。出栈操作的基本步骤如下:
1. 判断栈顶top,如果top等于0,则表示为空栈,进行出错处理;否则,执行下面的步骤。
2. 将栈顶引用top所指位置的元素返回。
3. 设置top=top-1,也就是使栈顶引用减1,指向栈的下一个元素,原来栈顶元素被弹出。

DATA PopST(StackType s){        // 出栈if(s.top==0){System.out.println("栈为空!\n");return null;}return s.data[s.top--];     // 元素出栈,top指针-1
}

读结点数据

读结点数据即读取栈结构中结点的数据。由于栈结构只能在一段进行操作,因此这里的读操作其实就是读取栈顶的数据。

需要注意的是,读结点数据的操作和出栈的操作不同。读结点数据的操作仅显示栈顶结点数据的内容,而出栈操作则是将栈顶数据弹出,该数据不再存在了。

DATA PeekST(StackType s){       // 读栈顶数据if(s.top==0){System.out.println("栈为空! 出栈失败!\n");System.exit(0);}return s.data[top];
}

栈结构操作实例

package dataStructure.stack;import java.util.Scanner;class DATA{String name;int age;
}/** 顺序栈结构*/
class StackType{                static final int MAXLEN = 50;DATA[] data = new DATA[MAXLEN+1];       // 构建栈结构int top;                        // 栈顶StackType STInit(){             // 栈的初始化StackType p;if((p=new StackType())!=null){      // 申请栈内存p.top = 0;              // 设置栈顶为0return p;               // 返回指向栈的引用}return null;}boolean STIsEmpty(StackType s){ // 判断栈是否为空return s.top==0;}boolean STIsFull(StackType s){  // 判断栈是否已满return s.top==MAXLEN;}void STClear(StackType s){      // 清空栈s.top = 0;}void STFree(StackType s){       // 释放栈所占用的空间if(s != null){s = null;}}int PushST(StackType s, DATA data){     // 入栈if(s.top+1 > MAXLEN){System.out.println("栈溢出!\n");return 0;}s.data[++s.top] = data;     // 元素入栈,top指针+1return 1;}DATA PopST(StackType s){        // 出栈if(s.top==0){System.out.println("栈为空!\n");return null;}return s.data[s.top--];     // 元素出栈,top指针-1}DATA PeekST(StackType s){       // 读栈顶数据if(s.top==0){System.out.println("栈为空! 出栈失败!\n");System.exit(0);}return s.data[top];}
}/*** 测试用例* @author elon@elon33**/
public class Stack {public static void main(String[] args) {StackType st = new StackType();DATA data1 = new DATA();StackType stack = st.STInit();          // 初始化栈Scanner input = new Scanner(System.in);System.out.println("入栈操作:");System.out.println("输入姓名 年龄进行入栈操作,输入0 结束入栈操作:");do{DATA data = new DATA();data.name = input.next();data.age = input.nextInt();if(data.name.equals("0")){break;}else{st.PushST(stack, data);}}while(true);String temp = "1";System.out.println("出栈操作:按任意非0键进行出栈操作:");temp=input.next();while(!temp.equals("0")){data1=st.PopST(stack);if(data1==null){break;}System.out.println("出栈的数据是:"+data1.name+","+data1.age);temp=input.next();}System.out.println("测试结束!");st.STFree(st);                      // 释放栈所用的空间     }}

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