前面我们讲解了数组，数组更多的是用来进行数据的存储，纯粹用来存储数据的数据结构，我们期望的是插入、删除和查找性能都比较好。对于无序数组，插入快，但是删除和查找都很慢，为了解决这些问题，后面我们会讲解比如二叉树、哈希表的数据结构。

　　而本篇博客讲解的数据结构和算法更多是用作程序员的工具，它们作为构思算法的辅助工具，而不是完全的数据存储工具。这些数据结构的生命周期比数据库类型的结构要短得多，在程序执行期间它们才被创建，通常用它们去执行某项特殊的业务，执行完成之后，它们就被销毁。这里的它们就是——栈和队列。本篇博客我们先介绍栈。

1、栈的基本概念

　　栈（英语：stack）又称为堆****栈或堆叠，栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。栈具有记忆作用，对栈的插入与删除操作中，不需要改变栈底指针。

　　栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top)，另一端为栈底(bottom)；栈底固定，而栈顶浮动；栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为进栈（PUSH），删除则称为退栈（POP）。

　　由于堆叠数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运作。栈也称为后进先出表。

　　这里以羽毛球筒为例，羽毛球筒就是一个栈，刚开始羽毛球筒是空的，也就是空栈，然后我们一个一个放入羽毛球，也就是一个一个push进栈，当我们需要使用羽毛球的时候，从筒里面拿，也就是pop出栈，但是第一个拿到的羽毛球是我们最后放进去的。

2、Java模拟简单的顺序栈实现

　　

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package com.ys.datastructure;

public class MyStack {

private int``[] array;

private int maxSize;

private int top;

public MyStack(``int size){

this``.maxSize = size;

array = new int``[size];

top = -``1``;

}

//压入数据

public void push(``int value){

if``(top < maxSize-``1``){

array[++top] = value;

}

}

//弹出栈顶数据

public int pop(){

return array[top--];

}

//访问栈顶数据

public int peek(){

return array[top];

}

//判断栈是否为空

public boolean isEmpty(){

return (top == -``1``);

}

//判断栈是否满了

public boolean isFull(){

return (top == maxSize-``1``);

}

}

　　测试：

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package com.ys.test;

import com.ys.datastructure.MyStack;

public class MyStackTest {

public static void main(String[] args) {

MyStack stack = new MyStack(``3``);

stack.push(``1``);

stack.push(``2``);

stack.push(``3``);

System.out.println(stack.peek());

while``(!stack.isEmpty()){

System.out.println(stack.pop());

}

}

}

　　结果：

　　

　　这个栈是用数组实现的，内部定义了一个数组，一个表示最大容量的值以及一个指向栈顶元素的top变量。构造方法根据参数规定的容量创建一个新栈，push()方法是向栈中压入元素，指向栈顶的变量top加一，使它指向原顶端数据项上面的一个位置，并在这个位置上存储一个数据。pop()方法返回top变量指向的元素，然后将top变量减一，便移除了数据项。要知道 top 变量指向的始终是栈顶的元素。

　　产生的问题：

①、上面栈的实现初始化容量之后，后面是不能进行扩容的（虽然栈不是用来存储大量数据的），如果说后期数据量超过初始容量之后怎么办？（自动扩容）

②、我们是用数组实现栈，在定义数组类型的时候，也就规定了存储在栈中的数据类型，那么同一个栈能不能存储不同类型的数据呢？（声明为Object）

③、栈需要初始化容量，而且数组实现的栈元素都是连续存储的，那么能不能不初始化容量呢？（改为由链表实现）

3、增强功能版栈

对于上面出现的问题，第一个能自动扩容，第二个能存储各种不同类型的数据，解决办法如下：（第三个在讲链表的时候在介绍）

这个模拟的栈在JDK源码中，大家可以参考 Stack 类的实现。

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package com.ys.datastructure;

import java.util.Arrays;

import java.util.EmptyStackException;

public class ArrayStack {

//存储元素的数组,声明为Object类型能存储任意类型的数据

private Object[] elementData;

//指向栈顶的指针

private int top;

//栈的总容量

private int size;

//默认构造一个容量为10的栈

public ArrayStack(){

this``.elementData = new Object[``10``];

this``.top = -``1``;

this``.size = 10``;

}

public ArrayStack(``int initialCapacity){

if``(initialCapacity < 0``){

throw new IllegalArgumentException(``"栈初始容量不能小于0: "``+initialCapacity);

}

this``.elementData = new Object[initialCapacity];

this``.top = -``1``;

this``.size = initialCapacity;

}

//压入元素

public Object push(Object item){

//是否需要扩容

isGrow(top+``1``);

elementData[++top] = item;

return item;

}

//弹出栈顶元素

public Object pop(){

Object obj = peek();

remove(top);

return obj;

}

//获取栈顶元素

public Object peek(){

if``(top == -``1``){

throw new EmptyStackException();

}

return elementData[top];

}

//判断栈是否为空

public boolean isEmpty(){

return (top == -``1``);

}

//删除栈顶元素

public void remove(``int top){

//栈顶元素置为null

elementData[top] = null``;

this``.top--;

}

/**

* 是否需要扩容，如果需要，则扩大一倍并返回true，不需要则返回false

* [@param](https://my.oschina.net/u/2303379) minCapacity

* [@return](https://my.oschina.net/u/556800)

*/

public boolean isGrow(``int minCapacity){

int oldCapacity = size;

//如果当前元素压入栈之后总容量大于前面定义的容量，则需要扩容

if``(minCapacity >= oldCapacity){

//定义扩大之后栈的总容量

int newCapacity = 0``;

//栈容量扩大两倍(左移一位)看是否超过int类型所表示的最大范围

if``((oldCapacity<<``1``) - Integer.MAX_VALUE >``0``){

newCapacity = Integer.MAX_VALUE;

}``else``{

newCapacity = (oldCapacity<<``1``);``//左移一位，相当于*2

}

this``.size = newCapacity;

int``[] newArray = new int``[size];

elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);

return true``;

}``else``{

return false``;

}

}

}

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//测试自定义栈类 ArrayStack

//创建容量为3的栈，然后添加4个元素，3个int，1个String.

[@Test](https://my.oschina.net/azibug)

public void testArrayStack(){

ArrayStack stack = new ArrayStack(``3``);

stack.push(``1``);

//System.out.println(stack.peek());

stack.push(``2``);

stack.push(``3``);

stack.push(``"abc"``);

System.out.println(stack.peek());

stack.pop();

stack.pop();

stack.pop();

System.out.println(stack.peek());

}

　　结果：

　　

4、利用栈实现字符串逆序

　　我们知道栈是后进先出，我们可以将一个字符串分隔为单个的字符，然后将字符一个一个push()进栈，在一个一个pop()出栈就是逆序显示了。如下：

　　将 字符串“how are you” 反转！！！

　　ps：这里我们是用上面自定的栈来实现的，大家可以将ArrayStack替换为JDK自带的栈类Stack试试

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//进行字符串反转

[@Test](https://my.oschina.net/azibug)

public void testStringReversal(){

ArrayStack stack = new ArrayStack();

String str = "how are you"``;

char``[] cha = str.toCharArray();

for``(``char c : cha){

stack.push(c);

}

while``(!stack.isEmpty()){

System.out.print(stack.pop());

}

}

　　结果：

　　

5、利用栈判断分隔符是否匹配

　　写过xml标签或者html标签的，我们都知道<必须和最近的>进行匹配，[ 也必须和最近的 ] 进行匹配。

　　比如：<abc[123]abc>这是符号相匹配的，如果是 <abc[123>abc] 那就是不匹配的。

　　对于 12<a[b{c}]>，我们分析在栈中的数据：遇到匹配正确的就消除

　　

　　最后栈中的内容为空则匹配成功，否则匹配失败！！！

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//分隔符匹配

//遇到左边分隔符了就push进栈，遇到右边分隔符了就pop出栈，看出栈的分隔符是否和这个有分隔符匹配

[@Test](https://my.oschina.net/azibug)

public void testMatch(){

ArrayStack stack = new ArrayStack(``3``);

String str = "12<a[b{c}]>"``;

char``[] cha = str.toCharArray();

for``(``char c : cha){

switch (c) {

case '{'``:

case '['``:

case '<'``:

stack.push(c);

break``;

case '}'``:

case ']'``:

case '>'``:

if``(!stack.isEmpty()){

char ch = stack.pop().toString().toCharArray()[``0``];

if``(c==``'}' && ch != '{'

|| c==``']' && ch != '['

|| c==``')' && ch != '('``){

System.out.println(``"Error:"``+ch+``"-"``+c);

}

}

break``;

default``:

break``;

}

}

}

6、总结

　　根据栈后进先出的特性，我们实现了单词逆序以及分隔符匹配。所以其实栈是一个概念上的工具，具体能实现什么功能可以由我们去想象。栈通过提供限制性的访问方法push()和pop()，使得程序不容易出错。

　　对于栈的实现，我们稍微分析就知道，数据入栈和出栈的时间复杂度都为O(1)，也就是说栈操作所耗的时间不依赖栈中数据项的个数，因此操作时间很短。而且需要注意的是栈不需要比较和移动操作，我们不要画蛇添足。