JDK如何實現棧

這篇文章將為大家詳細講解有關JDK如何實現棧，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

JDK 棧的實現

在 JDK 中，棧的實現類是 Stack。

其中最重要的方法有：

• push：入棧方法（添加數據）；

• pop：出棧并返回當前元素（移除數據）；

• peek：查詢棧頂元素。

Stack 實現源碼如下：

public class Stack extends Vector {
    /**
     * 創建一個空棧
     */
    public Stack() {
    }


    /**
     * 入棧方法，調用的是 Vector#addElement 的添加方法
     */
    public E push(E item) {
        addElement(item);
        return item;
    }


    /**
     * 出棧并返回當前元素，調用的是 Vector#removeElementAt 的移除元素方法
     */
    public synchronized E pop() {
        E       obj; // 返回當前要移除的棧頂元素信息
        int     len = size();
        obj = peek(); // 查詢當前棧頂元素
        removeElementAt(len - 1); // 移除棧頂元素
        return obj;
    }


    /**
     * 查詢棧頂元素，調用 Vector#elementAt 的查詢方法
     */
    public synchronized E peek() {
        int     len = size(); // 查詢當前棧的長度
        if (len == 0) // 如果為空棧，直接拋出異常
            throw new EmptyStackException();
        return elementAt(len - 1); // 查詢棧頂元素的信息
    }


    /**
     * 判斷棧是否為空
     */
    public boolean empty() {
        return size() == 0;
    }
    // 忽略其他方法...
}

從上述源碼可以看出， Stack 中的核心方法中都調用了父類 Vector 類中的方法，Vector 類的核心源碼：

public class Vector
    extends AbstractList
    implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
 protected Object[] elementData; // 存儲數據的容器
    protected int elementCount; // 存儲數據的容量值

    
    /**
     * 添加數據
     */
    public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++; // 統計容器被更改的參數
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 確認容器大小，如果容量超出則進行擴容
        elementData[elementCount++] = obj; // 將數據存儲到數組
    }

    
    /**
     * 移除元素（根據下標移除）
     */
    public synchronized void removeElementAt(int index) {
        modCount++; // 統計容器被更改的參數
        // 數據正確性效驗
        if (index >= elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
                                                     elementCount);
        }
        else if (index < 0) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        int j = elementCount - index - 1;
        if (j > 0) { // 刪除的不是最后一個元素
         // 把刪除元素之后的所有元素往前移動
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
        }
        elementCount--; // 數組容量 -1
        elementData[elementCount] = null; // 將末尾的元素賦值為 null（刪除尾部元素）
    }

    
    /**
     * 查詢元素（根據下標）
     */
 public synchronized E elementAt(int index) {
     // 安全性驗證
        if (index >= elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);
        }
        // 根據下標返回數組中的元素
        return elementData(index);
    }
    // 忽略其他方法...
}

對于上述源碼中，可以最不好理解的就是 System#arraycopy 這個方法，它的作用其實就是將刪除的元素（非末尾元素）的后續元素依次往前移動的，比如以下代碼：

Object[] elementData = {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"};
int index = 3;
int j = elementData.length - index - 1;
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
//  System.arraycopy(elementData, 4, elementData, 3, 1);
System.out.println(Arrays.toString(elementData));

它的運行結果是：

[Java, Hello, world, JRE, JRE]

也就是說當我們要刪除下標為 3 的元素時，需要把 3 以后的元素往前移動，所以數組的值就從 {"Java", "Hello", "world", "JDK", "JRE"} 變為了 [Java, Hello, world, JRE, JRE]，最后我們只需要把尾部元素刪除掉，就可以實現數組中刪除非末尾元素的功能了。

小結

通過以上源碼可以得知，JDK 中的棧（Stack）也是通過物理結構數組實現的，我們通過操作物理數組來實現邏輯結構棧的功能

棧的應用

經過前面的學習我們對棧已經有了一定的了解了，那棧在我們的平常工作中有哪些應用呢？接下里我們一起來看。

瀏覽器回退

棧的特性為 LIFO（Last In First Out，LIFO）后進先出，因此借助此特性就可以實現瀏覽器的回退功能

函數調用棧

棧在程序中最經典的一個應用就是函數調用棧了（或叫方法調用棧），比如操作系統給每個線程分配了一塊獨立的內存空間，這塊內存被組織成“棧”這種結構, 用來存儲函數調用時的臨時變量。每進入一個函數，就會將臨時變量作為一個棧幀入棧，當被調用函數執行完成，返回之后，將這個函數對應的棧幀出棧。為了讓你更好地理解，我們一塊來看下這段代碼的執行過程。

int main() {
   int a = 1; 
   int ret = 0;
   int res = 0;
   ret = add(3, 5);
   res = a + ret;
   System.out.println(res);
   reuturn 0;
}
int add(int x, int y) {
   int sum = 0;
   sum = x + y;
   return sum;
}

從代碼中我們可以看出， main() 函數調用了 add() 函數，獲取計算結果，并且與臨時變量 a 相加，最后打印 res 的值。為了讓你清晰地看到這個過程對應的函數棧里出棧、入棧的操作，我畫了一張圖。圖中顯示的是，在執行到 add() 函數時，函數調用棧的情況。

棧的復雜度

復雜度分為兩個維度：

• 時間維度：是指執行當前算法所消耗的時間，我們通常用「時間復雜度」來描述；

• 空間維度：是指執行當前算法需要占用多少內存空間，我們通常用「空間復雜度」來描述。

這兩種復雜度都是用大 O 表示法來表示的，比如以下代碼：

int[] arr = {1, 2, 3, 4};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.println(i);
}

用大 O 表示法來表示的話，它的時間復雜度就是 O(n)，而如下代碼的時間復雜度卻為 O(1)：

int[] arr = {1, 2, 3, 4};
System.out.println(arr[0]); // 通過下標獲取元素

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