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使用具有自动调整大小的默认整数数组的java堆栈实现

在Java中,堆栈(Stack)是一种后进先出(LIFO)的数据结构,通常用于管理方法调用、表达式求值等场景。下面是一个使用具有自动调整大小的默认整数数组的Java堆栈实现的示例。

基础概念

  1. 堆栈(Stack):一种线性数据结构,遵循后进先出(LIFO)的原则。
  2. 自动调整大小:当堆栈容量不足时,自动增加容量;当堆栈容量过大时,自动减少容量。

实现代码

代码语言:txt
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public class DynamicArrayStack {
    private int[] stackArray;
    private int top;
    private int capacity;

    public DynamicArrayStack(int initialCapacity) {
        this.capacity = initialCapacity;
        this.stackArray = new int[initialCapacity];
        this.top = -1;
    }

    public void push(int value) {
        if (top == capacity - 1) {
            resize(capacity * 2);
        }
        stackArray[++top] = value;
    }

    public int pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalStateException("Stack is empty");
        }
        int value = stackArray[top--];
        if (top < capacity / 4 && capacity > initialCapacity) {
            resize(capacity / 2);
        }
        return value;
    }

    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalStateException("Stack is empty");
        }
        return stackArray[top];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }

    private void resize(int newCapacity) {
        int[] newArray = new int[newCapacity];
        System.arraycopy(stackArray, 0, newArray, 0, Math.min(capacity, newCapacity));
        stackArray = newArray;
        capacity = newCapacity;
    }

    public static void main(String[] args) {
        DynamicArrayStack stack = new DynamicArrayStack(2);
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        stack.push(3);
        System.out.println(stack.pop()); // 输出 3
        System.out.println(stack.peek()); // 输出 2
        System.out.println(stack.isEmpty()); // 输出 false
    }
}

优势

  1. 动态调整大小:避免了固定大小数组可能导致的溢出或浪费空间的问题。
  2. 灵活性:可以根据需要自动扩展或收缩容量,适应不同的使用场景。

类型

  • 基于数组的堆栈:如上所示,使用数组实现,具有较好的访问速度。
  • 基于链表的堆栈:使用链表实现,插入和删除操作更为灵活,但访问速度相对较慢。

应用场景

  1. 方法调用栈:管理程序中的方法调用和返回。
  2. 表达式求值:用于解析和计算数学表达式。
  3. 撤销操作:在文本编辑器或图形软件中实现撤销功能。

可能遇到的问题及解决方法

  1. 栈溢出:当堆栈容量不足时,会发生栈溢出。解决方法是通过动态调整大小机制自动扩展容量。
  2. 性能问题:频繁的调整大小操作可能导致性能下降。可以通过设置合理的初始容量和调整策略来优化。

示例代码解释

  • push(int value):将元素压入堆栈,如果容量不足则自动扩展。
  • pop():弹出堆栈顶部的元素,如果容量过大则自动收缩。
  • peek():查看堆栈顶部的元素而不移除它。
  • isEmpty():检查堆栈是否为空。
  • resize(int newCapacity):调整堆栈数组的大小。

通过这种方式实现的堆栈,可以有效地管理内存使用,同时保持良好的性能。

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