java模拟栈的操作

栈是一种有序列表，可以使用数组的结构来储存栈的数据内容

思路

 1. 创建一个栈类StackArray
 2. 定义一个top来模拟栈顶，初始化为-1
 3. 入栈： 当有数据加入到栈的时候 top++ stack[top] = data
 4. 出栈 int value = stack[top]; top--, return value

代码实现

//定义一个类来表示栈
class ArrayStack{
    private int maxSize; //栈的大小
    private int[] stack; //数组模拟栈 数据放在数组中
    private int top = -1; //top 表示栈顶

    //构造器
    public ArrayStack(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        stack = new int[maxSize];
    }

    //栈满 当栈顶和栈容量相等时 栈满
    public boolean isFull(){
        return top == maxSize - 1;
    }

    //判断栈空
    public boolean isEmpty(){
        return top == -1;
    }

    //入栈 push
    public void push(int value){
        //先判断栈是否满
        if(isFull()){
            System.out.println("栈满");
            return;
        }

        top ++;
        stack[top] = value;
    }
    //出栈 pop 将栈顶的数据返回
    public int pop(){
        //先判断是否空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("栈为空 没有数据！");
        }
        int value = stack[top];
        top -- ;
        return value;
    }

    //遍历栈 显示栈的情况 遍历的时候需要从栈顶开始显示
    public void list(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("栈空， 没有数据");
            return;
        }

        for (int i = top; i >= 0; i--) {
            System.out.printf("stack[%d]=%d\n", i,stack[i]);
        }
    }

}

通过main方法调用自定义的栈类来模拟栈的操作

public class StackArrayDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试ArrayStack
        //创建一个ArrayStack对象
        ArrayStack stack = new ArrayStack(4);
        String key = "";
        boolean loop = true; //控制是否退出菜单
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        while (loop){
            System.out.println("show:  表示显示栈");
            System.out.println("exit:  退出程序");
            System.out.println("push:  表示添加数据到栈");
            System.out.println("pop:   表示从栈取出数据");
            System.out.println("请输入你的选择: ");
            key = scanner.next();
            switch (key){
                case "show":
                    stack.list();
                    break;
                case "push":
                    System.out.println("请输入一个数: ");
                    int value = scanner.nextInt();
                    stack.push(value);
                    break;
                case "pop":
                    try{
                        int result = stack.pop();
                        System.out.printf("取出的数据为：%d\n", result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case "exit":
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;

            }

        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}

根据上边的内容 来模拟一下用栈实现的计算表达式的功能

思路

通过一个index（索引） 来遍历我们的表达式
   如果我们发现是一个数字 就直接入数栈
   如果扫描到的是一个符号 就分如下情况
      1.如果当前符号栈为空， 就直接入栈
      2.如果符号栈有操作符 就进行比较 如果当前操作符的优先级 小于或等于栈中的操作符
      就需要从数栈中pop出两个数，再从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到的结果入数栈
      再把当前的符号入符号栈，
      3.如果当前符号的优先级大于栈中的操作符，直接入栈
   扫描完毕后 就顺序地冲数栈和符号栈中pop出响应的数和符号 并运行
   最后在数栈中只有一个数字就是表达式的结果

参考上边的ArrayStack类 拓展一个ArrayStack2 类 并对功能进行增强

//定义一个类来表示栈 对ArrayStack进行扩展
class ArrayStack2{
    private int maxSize; //栈的大小
    private int[] stack; //数组模拟栈 数据放在数组中
    private int top = -1; //top 表示栈顶

    //构造器
    public ArrayStack2(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        stack = new int[maxSize];
    }

    //栈满 当栈顶和栈容量相等时 栈满
    public boolean isFull(){
        return top == maxSize - 1;
    }

    //判断栈空
    public boolean isEmpty(){
        return top == -1;
    }

    //入栈 push
    public void push(int value){
        //先判断栈是否满
        if(isFull()){
            System.out.println("栈满");
            return;
        }

        top ++;
        stack[top] = value;
    }
    //出栈 pop 将栈顶的数据返回
    public int pop(){
        //先判断是否空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("栈为空 没有数据！");
        }
        int value = stack[top];
        top -- ;
        return value;
    }

    //遍历栈 显示栈的情况 遍历的时候需要从栈顶开始显示
    public void list(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("栈空， 没有数据");
            return;
        }

        for (int i = top; i >= 0; i--) {
            System.out.printf("stack[%d]=%d\n", i,stack[i]);
        }
    }

    //返回运算符的优先级，优先级由程序员来确定
    //优先级数字越大 则优先级越高
    public int priority(int oper){
        if(oper == '*' || oper == '/'){
            return 1;
        }else if(oper == '+' || oper == '-'){
            return 0;
        }else {
            return -1;  //假定目前的计算式只有 + - * / 四种
        }
    }
    //判断是不是一个运算符
    public boolean isOper(char val){
        return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
    }

    // 计算方法
    public int cal(int oper, int num1, int num2){
        int result = 0; // 用于存放计算的结果
        switch (oper){
            case '+':
                result = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                result = num2 - num1;
                break;
            case '*':
                result = num2 * num1;
                break;
            case '/':
                result = num2 / num1;
                break;
            default:
                break;
        }

        return result;
    }

    //返回栈顶的值 不Pop
    public int peek(){
        return stack[top];
    }

}

调用主方法 进行案例的具体实现

public class StackCalculate {
    public static void main(String[] args) {
        //完成表达式的运算
        String expression = "500+7*2-8";
        //创建两个栈 一个数栈一个符号栈
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);

        //定义扫描的索引
        int index = 0;

        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        //将每次扫描的的char保存到ch中
        char ch = ' ';
        //用于拼接多位数
        String keepNum = "";
        //循环扫描表达式
        while (true){
            //依次得到expression的每一个字符
            ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
            //判断ch是什么 然后做相应的处理
            if (operStack.isOper(ch)){ //如果是运算符
                //判断当前的符号栈是否为空
                if(!operStack.isEmpty()){
                    /*
                     处理,进行符号优先级比较如果当前操作符的优先级 小于或等于栈中的操作符
                    就需要从数栈中pop出两个数，再从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到的结果入数栈
                    再把当前的符号入符号栈，
                    如果当前符号的优先级大于栈中的操作符，直接入栈
                     */
                    if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())){
                        //获取数栈的数据和符号栈的运算符
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        //运算
                        res = numStack.cal(oper,num1, num2);
                        //将运算结果压入数栈
                        numStack.push(res);
                        //将当前运算符压入符号栈
                        operStack.push(ch);
                    }else {
                        operStack.push(ch);
                    }

                }else {
                    //为空 直接入栈、
                    operStack.push(ch);
                }

            }else {
                //如果ch是数字 直接入数栈
               // numStack.push(ch - 48); // ASCII码转换成int
                //当处理多位数时 有可能是多位数 因此 需要定义一个字符串变量 用于拼接
                keepNum += ch;
                //如果ch已经到expression的最后一位了直接入栈
                if (index == expression.length() - 1){
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                } else if (operStack.isOper(expression.substring(index + 1, index + 2).charAt(0))){
                    // 如果后一位是运算符则入栈
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                    //!!重要的  清空keepNum
                    keepNum = "";
                }

            }
            //index ++ 判断是否扫描到表达式最后的位置
            index++;
            if (index >= expression.length()){
                break;
            }
        }

        //表达式扫描完毕后 从栈中pop出符号和数据 进行运算
        while (true){
            //如果符号栈为空 则计算结束 获取最后的结果 此时数栈只有一个数字
            if (operStack.isEmpty()){
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            //运算
            res = numStack.cal(oper,num1, num2);
            numStack.push(res);
        }
        //将最后的计算结果pop出
        int finalRes = numStack.pop();
        System.out.printf("表达式%s = %d", expression, finalRes);
    }
}