栈和队列

01 使用数组类实现栈

先创建了一个栈的接口，然后用数组类实现。这个数组类可以是自己写的也可以Java自带，其实自带的和自己写的一样。

栈接口

package cn.uestc.stack.practice01;

public interface Stack<E> {
    //获得栈中元素个数  O(1)
    public int getSize();
    //判断是否为空  O(1)
    public boolean isEmpty();
    //入栈  O(1)均摊法
    public void push(E e);
    //出栈  O(1)均摊法
    public E pop();
    //获取栈顶元素  O(1)
    public E peek();
}

接口的实现

package cn.uestc.stack.practice01;

public class ArrayStack<E> implements Stack<E>{
    
    private Array<E> array;
    
    //在写构造方法时方法名不用加泛型
    public ArrayStack(int capacity) {
        array = new Array<E>(capacity);
    }
    public ArrayStack(){
        array = new Array<E>();
    }
    
    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }
    
    //获取容量是在内部使用的,不用提供接口
    public int getCapacity() {
        return array.getCapacity();
    }
    
    @Override
    public void push(E e) {
        array.addLast(e);    
    }
    @Override
    public E pop() {
        return array.removeLast();
    }
    @Override
    public E peek() {
        return array.getLast();
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: ");
        res.append('[');
        for (int i = 0; i < array.getSize(); i++) {
            res.append(array.get(i));
            if (i != array.getSize() - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] top");
        return res.toString();
    }
    
}

02 数组实现队列

同栈一样仍然是接口--实现的方法

队列的接口

package cn.uestc.queue;

public interface Queue<E> {
    //获得队列中的元素个数   O(1)
    public int getSize();
    //判断是否为空  O(1)
    public boolean isEmpty();
    //进入一个元素  O(1)
    public void enqueue(E e);
    //出一个元素    O(n) 涉及到后面元素的移动
    public E dequeue();
    //获得对首元素  O(1)
    public E getFront();
}

接口实现

package cn.uestc.queue;

public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {
    
    private Array<E> array;
    
    public ArrayQueue(int capacity) {
        array = new Array<>(capacity);
    }
    
    public ArrayQueue() {
        array = new Array<>();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }
    
    // 获取队列的容量
    public int getCapacity() {
        return array.getCapacity();
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        array.addLast(e);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return array.removeFirst();
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return array.getFirst();
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Queue: ");
        res.append("front [");
        for(int i = 0;i < array.getSize(); i++) {
            res.append(array.get(i));
            if (i != array.getSize()-1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();
    }
    
}

对队列进行改造，实现循环队列

package cn.uestc.queue;

public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {
    //盛放元素的数组
    private E[] data;
    //首尾指针
    private int front,tail;
    //实际容量，其实可以通过首尾指针计算出来，但比较麻烦，多声明一个变量节省了逻辑
    private int size;
    
    public LoopQueue(int capacity) {
        //之所以加1是因为在判断满时会浪费1个空间
        data = (E[]) new Object[capacity + 1];
        front = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }
    public LoopQueue() {
        this(10);
    }
    
    public int getCapacity() {
        //同样是空间浪费减1
        return data.length - 1;
    }
    
    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return front == tail;
    }
    @Override
    public void enqueue(E e) {
        if ((tail + 1) % data.length == front) {
            resize(getCapacity() * 2);
        }
        data[tail] = e;
        tail = (tail + 1) % data.length;
        size++;
    }
    @Override
    public E dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }
        E ret = data[front];
        data[front] = null;
        front = (front + 1) % data.length;
        size--;
        if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 !=0) {
            resize(getCapacity()/2);
        }
        return ret;
    }
    @Override
    public E getFront() {
        if (isEmpty()) {
               throw new IllegalArgumentException("Queue is empty.");                
        }
        return data[front];
    }
    
    public void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[])new Object[newCapacity + 1];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            //要实现循环，这个front不一定是从0开始的
            newData[i] = data[(i+front) % data.length];
        }
        data = newData;
        front = 0;
        tail = size;
    }
    
    @Override
    public String toString(){

        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Queue: size = %d , capacity = %d
", size, getCapacity()));
        res.append("front [");
        for(int i = front ; i != tail ; i = (i + 1) % data.length){
            res.append(data[i]);
            if((i + 1) % data.length != tail)
                res.append(", ");
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();
    }
    
}

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