【JavaSE专栏17】用最简单的方法，实现 Java 的堆栈

Designer 小郑

发布于 2023-08-01 15:46:43

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发布于 2023-08-01 15:46:43

作者主页：Designer 小郑 作者简介：Java全栈软件工程师一枚，来自浙江宁波，负责开发管理公司OA项目，专注软件前后端开发（Vue、SpringBoot和微信小程序）、系统定制、远程技术指导。CSDN学院、蓝桥云课认证讲师，全栈领域优质创作者。热爱技术、专注业务、开放合作、乐于分享，期待你我共同成长！ 主打方向：Vue、SpringBoot、微信小程序

堆栈是 Java 常见的数据结构，本文将对 Java 中的堆栈进行讲解。

一、实现 Java 堆

在Java编程语言中，堆（Heap）是一种内存分配机制，用于存储动态分配的对象。

堆是在Java虚拟机（JVM）运行时创建和管理的一个区域，它具有自动内存管理的特性。

堆的主要特点包括：

动态分配：堆可以根据需要动态分配和释放内存。
对象存储：堆用于存储创建的Java对象。
垃圾回收：堆通过垃圾回收机制来自动管理内存，当某个对象不再被引用时，垃圾回收器会自动回收这些对象占用的内存空间。

以下是一个简单的Java代码示例，展示了如何在堆中创建对象：

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 省略getter和setter方法

    public static void main(String[] args) {
        // 在堆中创建Person对象
        Person person = new Person("Alice", 25);

        // 使用person对象
        System.out.println(person.getName() + " is " + person.getAge() + " years old.");
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个 Person 类，并使用构造函数在堆中创建了一个 Person 对象。

然后，我们可以使用该对象进行各种操作，例如获取和设置对象的属性。

当程序执行结束后，Java 虚拟机会自动回收不再使用的内存空间。

二、实现 Java 栈

Java语言的栈（Stack）是一种基于后进先出（LIFO）原则的数据结构。

它类似于现实生活中的堆栈，只能在一端进行插入和删除操作，这一端被称为栈顶。

栈具有两个主要的操作：

入栈（Push）：将元素放入栈顶。
出栈（Pop）：从栈顶移除一个元素。

以下是一个简单的Java代码样例，实现了栈的基本功能：

public class Stack {
    private int maxSize; // 栈的最大容量
    private int[] stackArray;
    private int top; // 栈顶指针

    public Stack(int size) {
        maxSize = size;
        stackArray = new int[maxSize];
        top = -1; // 初始化栈顶指针为-1，表示栈为空
    }

    public void push(int value) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("栈已满，无法进行入栈操作");
            return;
        }
        stackArray[++top] = value; // 将元素插入栈顶，并将栈顶指针加1
    }

    public int pop() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈为空，无法进行出栈操作");
            return -1;
        }
        return stackArray[top--]; // 返回栈顶元素，并将栈顶指针减1
    }

    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈为空");
            return -1;
        }
        return stackArray[top]; // 返回栈顶元素，不改变栈顶指针
    }

    public boolean isEmpty() {
        return (top == -1); // 判断栈是否为空
    }

    public boolean isFull() {
        return (top == maxSize - 1); // 判断栈是否已满
    }

    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack(5);

        stack.push(10);
        stack.push(20);
        stack.push(30);
        stack.push(40);

        System.out.println(stack.pop()); // 输出：40
        System.out.println(stack.peek()); // 输出：30
        System.out.println(stack.isEmpty()); // 输出：false
        System.out.println(stack.isFull()); // 输出：false
    }
}

以上代码演示了如何使用数组实现一个简单的栈，并进行入栈、出栈、查看栈顶元素以及判断栈是否为空或已满的操作。

三、Java 堆栈的区别和联系

在Java中，栈（Stack）和堆（Heap）是两个不同的概念，它们具有不同的作用和特点。

3.1 区别

数据结构：栈是一种线性数据结构，遵循后进先出（LIFO）原则；而堆是一种动态内存分配的数据结构，用于存储对象。
存储内容：栈存储基本类型和对象的引用，以及方法调用时的局部变量和方法执行时的调用栈信息；堆存储对象的实例和数组等动态分配的数据。
内存管理：栈由编译器自动分配和释放，大小固定且较小；堆由开发人员手动或自动进行动态分配和释放，大小可变且较大。

3.2 联系

关联性：在Java程序中，栈中保存着对堆中对象的引用。当我们创建一个新对象时，该对象将被分配到堆上，并在栈上创建一个指向堆上对象的引用。
生命周期：栈上的数据随着方法的调用和返回而自动分配和释放，具有短暂的生命周期；堆上的数据可以在任何地方被引用，具有更长久的生命周期，直到没有引用指向该对象时才会被垃圾回收机制回收。
协同使用：栈和堆在程序执行中相互协作。方法调用时，局部变量在栈上分配内存；方法中创建的对象则在堆上分配内存，并由栈上的引用指向这些对象。