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如果让你手写个栈和队列,你还会写吗?

来源:程序员私房菜(ID:eson_15)

昨天跟一个CSDN上的朋友聊天,他说现在如果让他自己手写一个栈或者队列,估计都要写蛮久的,平时虽然都在用,但是都是别人封装好的集合。

确实,经典的数据结构,包括排序算法,虽然我们平时不用手写了,但是这些内功,作为开发人员来说是必须要掌握的。受此启发,我打算更一下经典数据结构和算法的系列文章。今天先从栈和队列说起。

这些东西,挤地铁时,吃饭排队时,等公交时,可以拿来看看,或者,就把它当作个下午茶吧~

我们知道,在数组中,若知道数据项的下标,便可立即访问该数据项,或者通过顺序搜索数据项,访问到数组中的各个数据项。但是栈和队列不同,它们的访问是受限制的,即在特定时刻只有一个数据项可以被读取或者被删除。众所周知,栈是先进后出,只能访问栈顶的数据,队列是先进先出,只能访问头部数据。这里不再赘述。

栈的主要机制可以用数组来实现,也可以用链表来实现,下面用数组来实现栈的基本操作:

class ArrayStack {
    private long[] a;
    private int size; //栈数组的大小
    private int top; //栈顶

    public ArrayStack(int maxSize) {
        this.size = maxSize;
        this.a = new long[size];
        this.top = -1; //表示空栈
    }

    public void push(long value) {//入栈
        if(isFull()) {
            System.out.println("栈已满!");
            return;
        }
        a[++top] = value;
    }

    public long peek() {//返回栈顶内容,但不删除
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("栈中没有数据");
            return 0;
        }
        return a[top];
    }

    public long pop() { //弹出栈顶内容,删除
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("栈中没有数据!");
            return 0;
        }
        return a[top--];        
    }

    public int size() {
        return top + 1;
    }

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

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

    public void display() {
        for(int i = top; i >= 0; i--) {
            System.out.print(a[i] + " ");
        }
        System.out.println("");
    }
}

数据项入栈和出栈的时间复杂度均为O(1)。这也就是说,栈操作所消耗的时间不依赖于栈中数据项的个数,因此操作时间很短。栈不需要比较和移动操作。

队列也可以用数组来实现,不过这里有个问题,当数组下标满了后就不能再添加了,但是数组前面由于已经删除队列头的数据了,导致空。所以队列我们可以用循环数组来实现,见下面的代码:

public class RoundQueue {
    private long[] a;
    private int size;   //数组大小
    private int nItems; //实际存储数量
    private int front;  //头
    private int rear;   //尾

    public RoundQueue(int maxSize) {
        this.size = maxSize;
        a = new long[size];
        front = 0;
        rear = -1;
        nItems = 0;
    }

    public void insert(long value) {
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满");
            return;
        }
        rear = ++rear % size;
        a[rear] = value; //尾指针满了就循环到0处,这句相当于下面注释内容      
        nItems++;
/*        if(rear == size-1){
            rear = -1;
        }
        a[++rear] = value;
*/
    }

    public long remove() {
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空!");
            return 0;
        }
        nItems--;
        front = front % size;
        return a[front++];
    }

    public void display() {
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空!");
            return;
        }
        int item = front;
        for(int i = 0; i < nItems; i++) {
            System.out.print(a[item++ % size] + " ");
        }
        System.out.println("");
    }

    public long peek() {
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空!");
            return 0;
        }
        return a[front];
    }

    public boolean isFull() {
        return (nItems == size);
    }

    public boolean isEmpty() {
        return (nItems == 0);
    }

    public int size() {
        return nItems;
    }
}

和栈一样,队列中插入数据项和删除数据项的时间复杂度均为O(1)。

还有个优先级队列,优先级队列是比栈和队列更专用的数据结构。优先级队列与上面普通的队列相比,主要区别在于队列中的元素是有序的,关键字最小(或者最大)的数据项总在队头。数据项插入的时候会按照顺序插入到合适的位置以确保队列的顺序。优先级队列的内部实现可以用数组或者一种特别的树——堆来实现。

public class PriorityQueue {
    private long[] a;
    private int size;
    private int nItems;//元素个数

    public PriorityQueue(int maxSize) {
        size = maxSize;
        nItems = 0;
        a = new long[size];
    }

    public void insert(long value) {
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满!");
            return;
        }
        int j;
        if(nItems == 0) { //空队列直接添加
            a[nItems++] = value;
        }
        else{//将数组中的数字依照下标按照从大到小排列
            for(j = nItems-1; j >= 0; j--) {
                if(value > a[j]){
                    a[j+1] = a[j];
                }
                else {
                    break;
                }
            }
            a[j+1] = value;
            nItems++;
        }
    }

    public long remove() {
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空!");
            return 0;
        }
        return a[--nItems];
    }

    public long peekMin() {
        return a[nItems-1];
    }

    public boolean isFull() {
        return (nItems == size);
    }

    public boolean isEmpty() {
        return (nItems == 0);
    }

    public int size() {
        return nItems;
    }

    public void display() {
        for(int i = nItems-1; i >= 0; i--) {
            System.out.print(a[i] + " ");
        }
        System.out.println(" ");
    }
}

这里实现的优先级队列中,插入操作需要 O(N) 的时间,而删除操作则需要 O(1) 的时间。

(完)

本文分享自微信公众号 - Java团长(javatuanzhang)

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-01-05

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