堆栈:概念和应用 — Java
文章小白一枚,正在不断学习积累知识,现将学习到的知识记录一下,也是将我的所得分享给大家!而今天这篇文章《堆栈:概念和应用 — Java》带大家来了解一下##content_title##,希望对大家的知识积累有所帮助,从而弥补自己的不足,助力实战开发!
本文解释了堆栈抽象数据类型 (adt) 的基本概念、其后进先出 (lifo) 原则、现实生活中的应用程序(例如浏览器历史记录导航和表达式求值),并提供了基本的 java自定义堆栈的实现。
在计算机科学中,堆栈是一种基本的抽象数据类型(adt),遵循后进先出(lifo)原则,这意味着最后添加到堆栈的项目将最先被删除。术语“堆栈”源自自助餐厅中常见的弹簧分配器中的一堆盘子的类比(carrano & henry,2018)。板被推入堆栈顶部并从顶部弹出,这使得推入和弹出操作成为堆栈 adt 功能的基础。
stack adt 中通常实现的操作有:
- push(e):将新元素添加到堆栈顶部。
- pop(e):移除并返回 stack 的顶部元素。
- peek(e):返回顶部元素而不删除它。
- isempty():检查堆栈是否为空。
- clear():从堆栈中删除所有元素
使用 stack adt 的一个现实场景是 web 浏览器历史记录导航。例如,每次用户离开网页时,浏览器都会将页面 url 推送到 url 历史堆栈上。当点击浏览器的“后退”按钮时,上一页的 url 会从历史堆栈的顶部弹出,而当前页面的 url 会被压入另一个堆栈,我们称之为 url 前向堆栈。相反,当用户点击“转发”按钮时,当前页面的 url 会被压入 url 历史堆栈,并弹出并显示 url 转发堆栈顶部的 url。
stack adt 是强制选择的一个现实场景是在代数表达式求值中,特别是在将中缀代数表达式转换为后缀代数表达式时。在中缀表达式中,运算符放置在操作数之间(例如,a b);这是人类而不是机器计算使用的常用方式,但它需要括号和优先级规则。另一方面,在后缀表达式中,运算符位于操作数之后(例如 a b );不需要括号,并且计算机更容易使用堆栈进行计算,它仅基于操作数和运算符的顺序。在这种情况下,stack adt 非常适合管理操作顺序。堆栈用于临时保存运算符,直到确定它们的优先级和结合性,以确保以正确的顺序计算代数表达式。这使得堆栈成为此类算法中高效且必不可少的 adt。
stack adt 的另一个强制应用是管理编程中的函数调用,特别是在支持递归的环境中,例如 java 虚拟机 (jvm) 或 c 运行时环境。当函数被调用时,函数的局部变量和返回地址被压入调用堆栈。例如,这允许 jvm 在函数执行完成后跟踪程序执行中返回的位置,特别是在递归和嵌套函数调用期间。
下面是一个简单的 java 程序,它模仿了 java 堆栈内存的基本功能。
import java.util.emptystackexception; // custom stack class public class mylinkedstack { private node top; private int size; // node class to represent each element in the stack private static class node { private t data; private node next; public node(t data) { this.data = data; } } public mystack() { this.top = null; this.size = 0; } public void push(t data) { node newnode = new node<>(data); newnode.next = top; // set the next reference to the current top top = newnode; // make the new node the top of the stack size++; } public t pop() { if (isempty()) { throw new emptystackexception(); } t poppeddata = top.data; top = top.next; // remove the top node size--; return poppeddata; } public t peek() { if (isempty()) { throw new emptystackexception(); } return top.data; } public boolean isempty() { return top == null; } public int size() { return size; } } // class with main method to test the stack class main { public static void mimicjavastackmemory(string[] args) { mylinkedstack stack = new mystack<>(); stack.push(10); stack.push(20); stack.push(30); system.out.println("top element: " + stack.peek()); system.out.println("stack size: " + stack.size()); system.out.println("popped element: " + stack.pop()); system.out.println("popped element: " + stack.pop()); system.out.println("top element after popping: " + stack.peek()); system.out.println("stack size after popping: " + stack.size()); } }
输出:
Top element: 30 Stack size: 3 Popped element: 30 Popped element: 20 Top element after popping: 10 Stack size after popping: 1
总而言之,堆栈是一种基本的抽象数据类型 (adt),遵循后进先出 (lifo) 原则,非常适合浏览器历史记录导航和代数表达式求值等应用程序。它对于管理编程中的函数调用也至关重要,特别是在支持递归的环境中。
参考文献:
carrano, f.m. 和 henry, t.m.(2018 年,1 月 31 日)。 6.1 堆栈。 java 的数据结构和抽象(第五版)。皮尔逊。
最初于 2024 年 9 月 17 日发表于 alex.omegapy - medium。
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