数据结构之栈和队列

 我们知道，在数组中，若知道数据项的下标，便可立即访问该数据项，或者通过顺序搜索数据项，访问到数组中的各个数据项。但是栈和队列不同，它们的访问是受限制的，即在特定时刻只有一个数据项可以被读取或者被删除。众所周知，栈是先进后出，只能访问栈顶的数据，队列是先进先出，只能访问头部数据。这里不再赘述。

    栈的主要机制可以用数组来实现，也可以用链表来实现，下面用数组来实现栈的基本操作：

[java]  view plain  copy   public class ArrayStack {       private long[] a;       private int size; //栈数组的大小       private int top; //栈顶          public ArrayStack(int maxSize) {           this.size = maxSize;           this.a = new long[size];           this.top = -1; //表示空栈       }              public void push(long value) {//入栈           if(isFull()) {               System.out.println("栈已满！");               return;           }           a[++top] = value;       }              public long peek() {//返回栈顶内容，但不删除           if(isEmpty()) {               System.out.println("栈中没有数据");               return 0;           }           return a[top];       }              public long pop() { //弹出栈顶内容，删除           if(isEmpty()) {               System.out.println("栈中没有数据！");               return 0;           }           return a[top--];               }              public int size() {           return top + 1;       }              public boolean isEmpty() {           return (top == -1);       }              public boolean isFull() {           return (top == size -1);       }              public void display() {           for(int i = top; i >= 0; i--) {               System.out.print(a[i] + " ");           }           System.out.println("");       }   }  

    数据项入栈和出栈的时间复杂度均为O(1)。这也就是说，栈操作所消耗的时间不依赖于栈中数据项的个数，因此操作时间很短。栈不需要比较和移动操作。

    队列也可以用数组来实现，不过这里有个问题，当数组下标满了后就不能再添加了，但是数组前面由于已经删除队列头的数据了，导致空。所以队列我们可以用循环数组来实现，见下面的代码：

[java]  view plain  copy   public class RoundQueue {       private long[] a;       private int size;   //数组大小       private int nItems; //实际存储数量       private int front;  //头       private int rear;   //尾          public RoundQueue(int maxSize) {           this.size = maxSize;           a = new long[size];           front = 0;           rear = -1;           nItems = 0;       }              public void insert(long value) {           if(isFull()){               System.out.println("队列已满");               return;           }           rear = ++rear % size;           a[rear] = value; //尾指针满了就循环到0处,这句相当于下面注释内容                 nItems++;   /*      if(rear == size-1){              rear = -1;          }          a[++rear] = value;  */       }              public long remove() {           if(isEmpty()) {               System.out.println("队列为空！");               return 0;           }           nItems--;           front = front % size;           return a[front++];       }              public void display() {           if(isEmpty()) {               System.out.println("队列为空！");               return;           }           int item = front;           for(int i = 0; i < nItems; i++) {               System.out.print(a[item++ % size] + " ");           }           System.out.println("");       }              public long peek() {           if(isEmpty()) {               System.out.println("队列为空！");               return 0;           }           return a[front];       }              public boolean isFull() {           return (nItems == size);       }              public boolean isEmpty() {           return (nItems == 0);       }              public int size() {           return nItems;       }   }  

    和栈一样，队列中插入数据项和删除数据项的时间复杂度均为O(1)。

    还有个优先级队列，优先级队列是比栈和队列更专用的数据结构。优先级队列与上面普通的队列相比，主要区别在于队列中的元素是有序的，关键字最小（或者最大）的数据项总在队头。数据项插入的时候会按照顺序插入到合适的位置以确保队列的顺序。优先级队列的内部实现可以用数组或者一种特别的树——堆来实现。堆可参考第8节内容。这里用数组实现优先级队列。

[java]  view plain  copy   public class PriorityQueue {       private long[] a;       private int size;       private int nItems;//元素个数              public PriorityQueue(int maxSize) {           size = maxSize;           nItems = 0;           a = new long[size];       }              public void insert(long value) {           if(isFull()){               System.out.println("队列已满！");               return;           }           int j;           if(nItems == 0) { //空队列直接添加               a[nItems++] = value;           }           else{//将数组中的数字依照下标按照从大到小排列               for(j = nItems-1; j >= 0; j--) {                   if(value > a[j]){                       a[j+1] = a[j];                   }                   else {                       break;                   }               }               a[j+1] = value;               nItems++;           }       }              public long remove() {           if(isEmpty()){               System.out.println("队列为空！");               return 0;           }           return a[--nItems];       }              public long peekMin() {           return a[nItems-1];       }              public boolean isFull() {           return (nItems == size);       }              public boolean isEmpty() {           return (nItems == 0);       }              public int size() {           return nItems;       }          public void display() {           for(int i = nItems-1; i >= 0; i--) {               System.out.print(a[i] + " ");           }           System.out.println(" ");       }   }       这里实现的优先级队列中，插入操作需要O(N)的时间，而删除操作则需要O(1)的时间。在第8节里将介绍堆来改进插入操作的时间。