数据结构与算法系列六（栈）

1.引子

1.1.为什么要学习数据结构与算法？

有人说，数据结构与算法，计算机网络，与操作系统都一样，脱离日常开发，除了面试这辈子可能都用不到呀！

有人说，我是做业务开发的，只要熟练API，熟练框架，熟练各种中间件，写的代码不也能“飞”起来吗？

于是问题来了：为什么还要学习数据结构与算法呢？

#理由一：
    面试的时候，千万不要被数据结构与算法拖了后腿
#理由二：
    你真的愿意做一辈子CRUD Boy吗
#理由三：
    不想写出开源框架，中间件的工程师，不是好厨子

1.2.如何系统化学习数据结构与算法？

我想好了，还是需要学习数据结构与算法。但是我有两个困惑：

1.如何着手学习呢？

2.有哪些内容要学习呢？

学习方法推荐：

#学习方法
1.从基础开始，系统化学习
2.多动手，每一种数据结构与算法，都自己用代码实现出来
3.思路更重要：理解实现思想，不要背代码
4.与日常开发结合，对应应用场景

学习内容推荐：

数据结构与算法内容比较多，我们本着实用原则，学习经典的、常用的数据结构、与常用算法

#学习内容：
1.数据结构的定义
2.算法的定义
3.复杂度分析
4.常用数据结构
    数组、链表、栈、队列
    散列表、二叉树、堆
    跳表、图
5.常用算法
    递归、排序、二分查找
    搜索、哈希、贪心、分治
    动态规划、字符串匹配

2.考考你

你还记得在数组那一篇中，我们说过基于线性表的数据结构有哪些吗？它们是：数组、链表、栈、队列。

前面我们详细了解了数组和链表，数组和链表是很多数据结构和算法的基础数据结构。比如我们今天要学习的栈，就可以通过数组实现：顺序栈；也可以通过链表实现：链式栈。

那么问题来了：栈到底是什么样的数据结构呢？

#考考你：
1.你能用自己的话描述栈吗？
2.你知道栈都有哪些常见的应用场景吗？

3.案例

3.1.栈的定义

栈是一种基于线性表的特殊数据结构，说它特殊，是因为栈是操作受限的。栈只允许在栈顶一端插入数据和删除数据。满足后进先出的特点。

3.2.代码实现

顺序栈代码：

package com.anan.struct.linetable;

/**
 * 顺序栈：基于数组实现
 * @param <E>
 */
public class ArrayStack<E> {

    private Object[] items;
    private int count;// 计数器（统计栈内元素个数）
    private int n;// 栈大小

    public ArrayStack(int capacity){
        this.items = new Object[capacity];
        this.count = 0;
        this.n = capacity;
    }

    /**
     * 入栈操作
     */
    public boolean push(E e ){

        // 检查栈是否满
        if(count == n){
            return false;
        }

        // 将元素放入栈中
        items[count ++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * 出栈操作
     */
    public E pop(){
        // 判断栈是否空
        if(count == 0){
            return null;
        }

        // 返回下标为count-1的元素,并且下标-1
        E e = (E)items[count - 1];
        count --;

        return e;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public int getN() {
        return n;
    }
}

测试代码：

package com.anan.struct.linetable;

/**
 * 测试栈
 */
public class ArrayStackTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建栈对象
        ArrayStack<Integer> stack = new ArrayStack<Integer>(10);

        // 入栈操作
        System.out.println("1.入栈操作-----------------------------");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            stack.push(i);
            System.out.println("当前入栈元素：" + i);
        }
        System.out.println("出栈前栈中元素个数：" + stack.getCount());

        System.out.println("2.出栈操作-----------------------------");
        // 出栈操作
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("当前出栈元素：" + stack.pop());
        }

        System.out.println("出栈后栈中元素个数：" + stack.getCount());
    }
}

测试结果：

D:2teach1softjdk8injava com.anan.struct.linetable.ArrayStackTest
1.入栈操作-----------------------------
当前入栈元素：0
当前入栈元素：1
当前入栈元素：2
当前入栈元素：3
当前入栈元素：4
出栈前栈中元素个数：5
2.出栈操作-----------------------------
当前出栈元素：4
当前出栈元素：3
当前出栈元素：2
当前出栈元素：1
当前出栈元素：0
出栈后栈中元素个数：0

Process finished with exit code 0

4.讨论分享

#考考你答案：
1.你能用自己的话描述栈吗？
  1.1.栈是基于线性表的数据结构
  1.2.栈一种操作受限的数据结构
  1.3.栈满足后进先出的特点
  1.4.栈只允许在栈顶插入元素、和删除元素
  
2.你知道栈都有哪些常见的应用场景吗？
  2.1.方法调用
    a.在jvm内存结构中，有线程共享的：方法区、堆
    b.在jvm内存结构中，有线程私有的：程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈
    c.在虚拟机栈中，每个方法调用都被封装成：栈帧
    d.栈帧内容包含：局部变量表、操作数栈、方法出口信息等
    e.每个方法的调用过程，就是栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈过程
    
  2.2.表达式求值
    a.假设有一个表达式：1+1024*1-1
    b.计算机中，如何求解该表达式的值呢？
    c.注意：当然不是人为口算
    d.我们的目的是让计算机能够理解任意表达式
  2.3.表达式求值过程
    a.用两个栈实现表达式求值
    b.一个用于存储数据：操作数栈
    c.一个用于存储运算符：运算符栈
    
    d.从左至右，读取表达式内容
    e.如果是数据，入栈到操作数栈中
    f.如果是运算符，入栈到运算符栈中
    
    g.比较运算符的优先级
    h.如果遇到高优先级的运算符，则将操作数栈的数据出栈
    i.进行计算，把新的计算结果重新入栈到操作数栈
    j.以此类推...直到处理完成整个表达式

jvm内存结构：

表达式求值过程：1+1024*1-1