Java集合——13.使用Stack

目录

• Java的栈（Stack）
  • 栈的特性
  • Java中栈的方法
  • 栈的典型应用场景
    • 1. 方法调用栈
    • 2. 进制转换
    • 3. 表达式计算
  • 总结

---

Java的栈（Stack）

栈的特性

与队列（Queue）的"先进先出（FIFO）"不同，栈（Stack）是一种遵循后进先出（LIFO，Last In First Out） 原则的数据结构。可以形象地理解为一叠盘子：最后放上的盘子总是最先被拿走。

Java中栈的方法

Java标准库中并没有专门的Stack接口，而是通过Deque（双端队列）来模拟栈的功能。这是因为Java早期提供的Stack类是一个遗留类，存在设计缺陷，不推荐使用。

栈操作	Deque方法	等效方法
压栈	push(E e)	addFirst(E e)
出栈	pop()	removeFirst()
查看栈顶	peek()	peekFirst()

使用Deque作为栈时，尽可能只调用push()、pop()和peek()方法，避免使用Deque的其他方法，以保证代码的清晰性。

栈的典型应用场景

1. 方法调用栈

JVM（Java虚拟机）使用栈来管理方法调用：

• 每次调用方法时，JVM会将方法参数、返回地址等信息压入栈中
• 方法执行完毕后，这些信息会被出栈，程序回到调用点继续执行

如果方法嵌套调用层数过深（如无限递归），会导致栈溢出，抛出StackOverflowError：

public class StackOverflowExample {
    public static void main(String[] args) {
        recursiveCall();
    }

    static void recursiveCall() {
        recursiveCall(); // 无限递归导致栈溢出
    }
}

2. 进制转换

栈非常适合实现整数的进制转换。以十进制转十六进制为例，算法步骤如下：

1. 将整数除以目标进制（如16），得到商和余数
2. 将余数压栈
3. 用商重复步骤1，直到商为0
4. 将栈中元素依次出栈，组成转换后的字符串

实现代码：

import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class HexConverter {
    public static String toHex(int n) {
        if (n == 0) {
            return "0";
        }

        Deque<Character> stack = new LinkedList<>();
        char[] hexDigits = "0123456789ABCDEF".toCharArray();

        while (n != 0) {
            int remainder = n % 16;
            stack.push(hexDigits[remainder]);
            n = n / 16;
        }

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while (!stack.isEmpty()) {
            sb.append(stack.pop());
        }

        return sb.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(toHex(12500)); // 输出30D4
    }
}

3. 表达式计算

栈是编译原理中处理表达式的重要工具，主要用于：

• 将中缀表达式（如1 + 2 * (9 - 5)）转换为后缀表达式（如1 2 9 5 - * +）
• 计算后缀表达式的值

计算后缀表达式的步骤：

1. 扫描表达式，遇到数字则压栈
2. 遇到运算符则弹出栈顶两个元素，计算结果后将结果压栈
3. 表达式扫描完毕后，栈中剩余的元素即为计算结果

示例：计算1 2 9 5 - * +

import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class PostfixCalculator {
    public static int calculate(String[] tokens) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();

        for (String token : tokens) {
            switch (token) {
                case "+":
                    int b = stack.pop();
                    int a = stack.pop();
                    stack.push(a + b);
                    break;
                case "-":
                    b = stack.pop();
                    a = stack.pop();
                    stack.push(a - b);
                    break;
                case "*":
                    b = stack.pop();
                    a = stack.pop();
                    stack.push(a * b);
                    break;
                case "/":
                    b = stack.pop();
                    a = stack.pop();
                    stack.push(a / b);
                    break;
                default:
                    stack.push(Integer.parseInt(token));
            }
        }

        return stack.pop();
    }

    public static void main(String[] args) {
        String[] postfix = {"1", "2", "9", "5", "-", "*", "+"};
        System.out.println(calculate(postfix)); // 输出9
    }
}

总结

• 掌握栈的特性和主要操作方法：压栈（push）、出栈（pop）和查看栈顶（peek）
• 在Java中，我们使用Deque接口及其实现类（如LinkedList、ArrayDeque）来模拟栈。
• 栈有广泛应用，
• 栈在计算机科学中应用广泛，包括JVM方法调用、进制转换、表达式计算等场景。