Java實現棧和隊列

棧：LIFO（後進先出）

隊列：FIFO（先進先出）

棧的順序存儲結構實現：

/**
 * 基於數組實現的順序棧
 * @param <E>
 */
public class Stack<E> {
    private Object[] data = null;
    private int maxSize=0;  //棧容量
    private int top =-1;  //棧頂指針
   
    /**
    * 構造函數：根據給定的size初始化棧
    */
    Stack(){
        this(10);  //默認棧大小為10
    }
   
    Stack(int initialSize){
        if(initialSize >=0){
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            top = -1;
        }else{
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小於0：" + initialSize);
        }
    }
   
    //判空
    public boolean empty(){
        return top==-1 ? true : false;
    }
   
    //進棧,第一個元素top=0；
    public boolean push(E e){
        if(top == maxSize -1){
            throw new RuntimeException("棧已滿，無法將元素入棧！");
        }else{
            data[++top]=e;
            return true;
        }   
    }
   
    //查看棧頂元素但不移除
    public E peek(){
        if(top == -1){
            throw new RuntimeException("棧為空！");
        }else{
            return (E)data[top];
        }
    }
   
    //彈出棧頂元素
    public E pop(){
        if(top == -1){
            throw new RuntimeException("棧為空！");
        }else{
            return (E)data[top--];
        }
    }
   
    //返回對象在堆棧中的位置，以 1 為基數
    public int search(E e){
        int i=top;
        while(top != -1){
            if(peek() != e){
                top --;
            }else{
                break;
            }
        }
        int result = top+1;
        top = i;
        return result;     
    }
}

棧的鏈式存儲結構實現：

public class LinkStack<E> {
    //鏈棧的節點
    private class Node<E>{
        E e;
        Node<E> next;
       
        public Node(){}
        public Node(E e, Node next){
            this.e = e;
            this.next = next;
        }
    }
   
    private Node<E> top;  //棧頂元素
    private int size;  //當前棧大小
   
    public LinkStack(){
        top = null;
    }
   
    //當前棧大小
    public int length(){
        return size;
    }
   
    //判空
    public boolean empty(){
        return size==0;
    }
   
    //入棧：讓top指向新創建的元素，新元素的next引用指向原來的棧頂元素
    public boolean push(E e){
        top = new Node(e,top);
        size ++;
        return true;
    }
   
    //查看棧頂元素但不刪除
    public Node<E> peek(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空棧異常！");
        }else{
            return top;
        }
    }
   
    //出棧
    public Node<E> pop(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空棧異常！");
        }else{
            Node<E> value = top; //得到棧頂元素
            top = top.next; //讓top引用指向原棧頂元素的下一個元素
            value.next = null;  //釋放原棧頂元素的next引用
            size --;
            return value;
        }
    }
}

基於LinkedList實現的棧結構：

import java.util.LinkedList;

/**
 * 基於LinkedList實現棧
 * 在LinkedList實力中只選擇部分基於棧實現的接口
 */
public class StackList<E> {
    private LinkedList<E> ll = new LinkedList<E>();
   
    //入棧
    public void push(E e){
        ll.addFirst(e);
    }
   
    //查看棧頂元素但不移除
    public E peek(){
        return ll.getFirst();
    }
   
    //出棧
    public E pop(){
        return ll.removeFirst();
    }
   
    //判空
    public boolean empty(){
        return ll.isEmpty();
    }
   
    //打印棧元素
    public String toString(){
        return ll.toString();
    }
}

隊列的順序存儲結構實現

public class Queue<E> {
    private Object[] data=null;
    private int maxSize; //隊列容量
    private int front;  //隊列頭，允許刪除
    private int rear;  //隊列尾，允許插入

    //構造函數
    public Queue(){
        this(10);
    }
   
    public Queue(int initialSize){
        if(initialSize >=0){
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            front = rear =0;
        }else{
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小於0：" + initialSize);
        }
    }
   
    //判空
    public boolean empty(){
        return rear==front?true:false;
    }
   
    //插入
    public boolean add(E e){
        if(rear== maxSize){
            throw new RuntimeException("隊列已滿，無法插入新的元素！");
        }else{
            data[rear++]=e;
            return true;
        }
    }
   
    //返回隊首元素，但不刪除
    public E peek(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空隊列異常！");
        }else{
            return (E) data[front];
        }   
    }
   
    //出隊
    public E poll(){
        if(empty()){
            throw new RuntimeException("空隊列異常！");
        }else{
            E value = (E) data[front];  //保留隊列的front端的元素的值
            data[front++] = null;    //釋放隊列的front端的元素               
            return value;
        }           
    }
   
    //隊列長度
    public int length(){
        return rear-front;
    }
}

循環隊列的順序存儲結構實現

import java.util.Arrays;

public class LoopQueue<E> {
    public Object[] data = null;
    private int maxSize; // 隊列容量
    private int rear;// 隊列尾，允許插入
    private int front;// 隊列頭，允許刪除
    private int size=0; //隊列當前長度

    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    public LoopQueue(int initialSize) {
        if (initialSize >= 0) {
            this.maxSize = initialSize;
            data = new Object[initialSize];
            front = rear = 0;
        } else {
            throw new RuntimeException("初始化大小不能小於0：" + initialSize);
        }
    }

    // 判空
    public boolean empty() {
        return size == 0;
    }

    // 插入
    public boolean add(E e) {
        if (size == maxSize) {
            throw new RuntimeException("隊列已滿，無法插入新的元素！");
        } else {
            data[rear] = e;
            rear = (rear + 1)%maxSize;
            size ++;
            return true;
        }
    }

    // 返回隊首元素，但不刪除
    public E peek() {
        if (empty()) {
            throw new RuntimeException("空隊列異常！");
        } else {
            return (E) data[front];
        }
    }

    // 出隊
    public E poll() {
        if (empty()) {
            throw new RuntimeException("空隊列異常！");
        } else {
            E value = (E) data[front]; // 保留隊列的front端的元素的值
            data[front] = null; // 釋放隊列的front端的元素
            front = (front+1)%maxSize;  //隊首指針加1
            size--;
            return value;
        }
    }

    // 隊列長度
    public int length() {
        return size;
    }

    //清空循環隊列
    public void clear(){
        Arrays.fill(data, null);
        size = 0;
        front = 0;
        rear = 0;
    }
}

隊列的鏈式存儲結構實現

public class LinkQueue<E> {
    // 鏈棧的節點
    private class Node<E> {
        E e;
        Node<E> next;

        public Node() {
        }

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }
    }
   
    private Node front;// 隊列頭，允許刪除 
    private Node rear;// 隊列尾，允許插入 
    private int size; //隊列當前長度
   
    public LinkQueue() {
        front = null;
        rear = null;
    }
   
    //判空
      public boolean empty(){
          return size==0;
      }
     
      //插入
      public boolean add(E e){
          if(empty()){    //如果隊列為空
              front = new Node(e,null);//只有一個節點，front、rear都指向該節點
              rear = front;
          }else{
              Node<E> newNode = new Node<E>(e, null);
              rear.next = newNode; //讓尾節點的next指向新增的節點
              rear = newNode; //以新節點作為新的尾節點
          }
          size ++;
          return true;
      }
     
      //返回隊首元素，但不刪除
      public Node<E> peek(){
          if(empty()){
              throw new RuntimeException("空隊列異常！");
          }else{
              return front;
          }
      }
     
      //出隊
      public Node<E> poll(){
          if(empty()){
              throw new RuntimeException("空隊列異常！");
          }else{
              Node<E> value = front; //得到隊列頭元素
              front = front.next;//讓front引用指向原隊列頭元素的下一個元素
              value.next = null; //釋放原隊列頭元素的next引用
              size --;
              return value;
          }       
      }
     
      //隊列長度
      public int length(){
          return size;
      }
}

基於LinkedList實現隊列結構

/**
 * 使用java.util.Queue接口,其底層關聯到一個LinkedList（雙端隊列）實例.
 */
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class QueueList<E> {
    private Queue<E> queue = new LinkedList<E>();
   
    // 將指定的元素插入此隊列（如果立即可行且不會違反容量限制），在成功時返回 true，
    //如果當前沒有可用的空間，則拋出 IllegalStateException。
    public boolean add(E e){
        return queue.add(e);
    }
   
    //獲取，但是不移除此隊列的頭。
    public E element(){
        return queue.element();
    }
   
    //將指定的元素插入此隊列（如果立即可行且不會違反容量限制），當使用有容量限制的隊列時，
    //此方法通常要優於 add(E)，後者可能無法插入元素，而只是拋出一個異常。
    public boolean offer(E e){
        return queue.offer(e);
    }
   
    //獲取但不移除此隊列的頭；如果此隊列為空，則返回 null
    public E peek(){
        return queue.peek();
    }
   
    //獲取並移除此隊列的頭，如果此隊列為空，則返回 null
    public E poll(){
        return queue.poll();
    }
   
    //獲取並移除此隊列的頭
    public E remove(){
        return queue.remove();
    }
   
    //判空
    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }
}