Java的Stack类实现List接口真的是个笑话吗

 

 

今天在网上闲逛时看到了这样一个言论，说“Java的Stack类实现List接口的设计是个笑话”。

 

当然作者这篇文章的重点不是这个，原本我也只是一笑置之，然而看评论里居然还有人附和，说“Java那种Stack的设计作为笑话，差不多可以算公案了”，我就有点不淡定了，为什么、什么时候“作为笑话”的并且“差不多可以算公案”了呢？

 

因此我决定写一篇文章来谈谈这个问题。

 

Java中Stack类的声明

 

首先我们来看看Java中Stack类的声明：

 

public class Stack<E> extends Vector<E>

 

Vector：

 

public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

 

也就是说，Stack定义了标准的push/pop等操作，同时也实现了List和RandomAccess接口。List接口在Java中表示的是一个顺序列表，RandomAccess则在顺序访问的基础上又加上了“随机访问”的约定。一般来说，随机访问的时间复杂度为O(1)。例如数组就是一个“顺序且随机访问”的列表，而链表则是一个“顺序非随机访问”的列表。

 

接口是什么

 

狭义地讲，接口就是一个类所定义的方法（方法名、参数、返回值）。一个类提供了Foo方法，其他类就可以调用它。广义上讲，接口可以理解为一个子系统和其他子系统之间为了交互所做的约定。这里的子系统可能是类，也可以是模块，或其他任何能够可以跟外界产生交互的实体。

 

注意：在Java中，我们可以使用Interface来定义一个接口，Interface不做任何事情，仅仅用来为实现提供“规范”，因此Interface比抽象类更纯粹，抽象层次往往也要更高一些。但是请注意这里的Interface和泛指的“接口”不同，Interface是Java为了更好地支持“针对接口编程”而提供的一种语言机制，即使不用Interface我们也可以很好地做到“针对接口编程”。

 

如果一个类完全遵守一个接口，就可以说这个类“实现”了这个接口。实现一个接口在语言层面是任意的，因为语言只能对语法进行检查，而无法对语意进行检查。例如你可以让People类实现Plant接口，于是这个人就可以随时被当作一颗植物来使用（植物人？）。对动态语言来说，这种情况更加明显：只要一个对象表现出了某种行为特征，那么这个对象就可以被当作另一个对象来使用。人们给动态语言的这种特性起了一个形象化的名字：鸭子类型（Duck Typing）。也就是说，只要一个对象能够“呱呱叫”，那么就完全可以把它当成一只鸭子。

 

但是从设计者的角度来看，一个类实现哪些接口，除了要符合语法之外，更应该符合语意，这样才能让使用这个类的人不至于产生迷惑。

 

因此，“Stack类应不应该实现List接口”是一个语意问题而不是语法问题。要回答这个问题，首先要了解Stack是什么，以及在哪些场景下需要用到它。

 

Stack是什么

 

Stack，栈，是一种所有程序员都很熟悉的数据机构。栈通常是“后进先出”的（LIFO）。作为一个惯例，栈通常具有名为push和pop的2个操作，push操作将一个元素存入栈中（压入），pop操作则相反，将一个元素从栈顶取出（弹出）。

 

栈的应用

 

多数情况用到栈时，仅仅将其当作一个“栈”来使用即可，即只需使用push/pop操作，例如可以用栈来检查括号匹配问题，或计算后缀表达式的值。

 

另一个例子是计算机中的过程调用（procedure call）。在调用一个过程（也称为子过程、函数）之前，需要先将当前帧指针、返回地址压入栈中，然后依次压入各参数，最后执行call指令跳转到目标过程的起始地址继续执行。其栈结构如下图所示。

 

 

从过程中返回和调用时正好相反：先从栈上将各参数和临时变量弹出（一般直接丢弃），然后执行ret指令跳转到返回地址所在的位置继续执行。

 

随机访问栈

 

到目前为止，程序对栈的操作还只是标准的push/pop操作。但在一个过程的内部，除了要用到push/pop操作之外，可能还需要对栈做随机访问（类似于数组的访问方式）。以上图为例，过程Q中的代码可能要访问参数y1，但又不能丢掉y2，因此不能使用pop操作。

 

事实上，在所有基于栈来实现过程调用的计算机中，编译器都是使用随机访问的方式操作栈上的参数和临时变量的，只有在call和ret时才需要对栈进行push/pop操作。此时的栈对过程来说更像是一个数组。例如过程Q可能通过下面的方式来访问y1：

 

*(SP + )

这里SP是栈指针，它指向栈顶，并且假设y2占用1个机器字长（例如在32位系统中4个字节为一个机器字长）。另外之所以是加1而不是减1，是因为栈是由高地址向低地址增长的，因此y2的地址比y1的小。

 

从这个例子可以看出，根据使用场景的不同，栈有时也需要像数组一样的随机访问方式，在这种情况下，实际上是把栈看成了一个数组。

 

Java的Stack类实现List到底是不是一个笑话

 

从上面的例子可以看出，Stack实现List和RandomAccess接口是完全合理的。如果你需要把它当成一个纯粹的栈来使用，你只需将其看成一个普通的“Stack”实例即可。但如果你需要对其进行随机访问，你可以随时把它当成一个“RandomAccess的List”来使用。这两种情况都有可能会遇到。

 

所以我看了上面的文章和评论后对“Stack实现List是一个笑话”感到非常疑惑，更不明白在什么时候这已经成为了所谓的“公案”了。在我看来，这非常合理，也不会对我正确使用Stack产生任何不良影响。

 

周星驰在《唐伯虎点秋香》里对夺命书生说：谁说没有枪头就捅不死呢？这里借用一下：谁说Stack实现List是个笑话，只是你了解的还不够而已。