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在Java编程中，栈（Stack）和队列（Queue）是两种常用的数据结构，它们分别遵循不同的数据管理原则。栈遵循“后进先出”（LIFO）的原则，而队列遵循“先进先出”（FIFO）的原则。本文将详细介绍如何在Java中实现栈和队列，并探讨它们的基本操作。
栈是一种线性数据结构，它只允许在一端进行数据的插入和删除操作，这一端被称为栈顶。栈的基本操作包括压栈（push）、弹栈（pop）、查看栈顶元素（peek）以及判断栈是否为空（isEmpty）。
在Java中，可以使用数组来实现栈。以下是一个简单的栈实现示例：
public class ArrayStack {
private int maxSize; // 栈的最大容量
private int[] stackArray; // 存储栈元素的数组
private int top; // 栈顶指针
// 构造函数，初始化栈
public ArrayStack(int size) {
this.maxSize = size;
this.stackArray = new int[maxSize];
this.top = -1; // 栈为空时，top为-1
}
// 压栈操作
public void push(int value) {
if (isFull()) {
System.out.println("栈已满，无法压入元素");
return;
}
stackArray[++top] = value;
}
// 弹栈操作
public int pop() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("栈为空，无法弹出元素");
return -1;
}
return stackArray[top--];
}
// 查看栈顶元素
public int peek() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("栈为空，无法查看栈顶元素");
return -1;
}
return stackArray[top];
}
// 判断栈是否为空
public boolean isEmpty() {
return top == -1;
}
// 判断栈是否已满
public boolean isFull() {
return top == maxSize - 1;
}
}
除了数组，栈还可以使用链表来实现。链表实现的栈在动态扩展和收缩方面更加灵活。以下是一个使用链表实现栈的示例：
public class LinkedListStack {
private Node top; // 栈顶节点
// 内部类，表示链表节点
private class Node {
int value;
Node next;
Node(int value) {
this.value = value;
}
}
// 压栈操作
public void push(int value) {
Node newNode = new Node(value);
newNode.next = top;
top = newNode;
}
// 弹栈操作
public int pop() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("栈为空，无法弹出元素");
return -1;
}
int value = top.value;
top = top.next;
return value;
}
// 查看栈顶元素
public int peek() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("栈为空，无法查看栈顶元素");
return -1;
}
return top.value;
}
// 判断栈是否为空
public boolean isEmpty() {
return top == null;
}
}
队列是一种线性数据结构，它允许在一端（队尾）进行插入操作，在另一端（队头）进行删除操作。队列的基本操作包括入队（enqueue）、出队（dequeue）、查看队头元素（peek）以及判断队列是否为空（isEmpty）。
在Java中，可以使用数组来实现队列。以下是一个简单的队列实现示例：
public class ArrayQueue {
private int maxSize; // 队列的最大容量
private int[] queueArray; // 存储队列元素的数组
private int front; // 队头指针
private int rear; // 队尾指针
private int size; // 队列当前大小
// 构造函数，初始化队列
public ArrayQueue(int size) {
this.maxSize = size;
this.queueArray = new int[maxSize];
this.front = 0;
this.rear = -1;
this.size = 0;
}
// 入队操作
public void enqueue(int value) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，无法入队");
return;
}
rear = (rear + 1) % maxSize;
queueArray[rear] = value;
size++;
}
// 出队操作
public int dequeue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，无法出队");
return -1;
}
int value = queueArray[front];
front = (front + 1) % maxSize;
size--;
return value;
}
// 查看队头元素
public int peek() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，无法查看队头元素");
return -1;
}
return queueArray[front];
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 判断队列是否已满
public boolean isFull() {
return size == maxSize;
}
}
链表实现的队列在动态扩展和收缩方面更加灵活。以下是一个使用链表实现队列的示例：
public class LinkedListQueue {
private Node front; // 队头节点
private Node rear; // 队尾节点
// 内部类，表示链表节点
private class Node {
int value;
Node next;
Node(int value) {
this.value = value;
}
}
// 入队操作
public void enqueue(int value) {
Node newNode = new Node(value);
if (isEmpty()) {
front = newNode;
} else {
rear.next = newNode;
}
rear = newNode;
}
// 出队操作
public int dequeue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，无法出队");
return -1;
}
int value = front.value;
front = front.next;
if (front == null) {
rear = null;
}
return value;
}
// 查看队头元素
public int peek() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，无法查看队头元素");
return -1;
}
return front.value;
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == null;
}
}
栈和队列是Java编程中常用的数据结构，它们分别遵循LIFO和FIFO的原则。本文介绍了如何使用数组和链表在Java中实现栈和队列，并提供了相应的代码示例。通过掌握这些基本数据结构的实现，可以更好地理解和应用它们在实际编程中的场景。
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