数据结构(Java版)堆栈(Stack)
堆栈的定义及应用
堆栈的定义及应用堆栈（Stack）是一种数据结构，它按照后进先出（LIFO）的原则存储数据。
也就是说，最后存入堆栈的数据元素最先被取出，而最先存入的数据元素最后被取出。
堆栈中包含两个主要操作：压栈（Push）和弹栈（Pop）。
压栈是指将数据元素存入堆栈，弹栈是指从堆栈中取出数据元素。
除此之外，还有一个查看栈顶元素的操作。
堆栈的实际应用非常广泛，以下列举几个常见的应用场景：1. 函数调用与递归：在程序中，每当一个函数被调用，系统将会为这个函数分配一段内存空间，这段内存空间就被称为函数的栈帧。
当函数执行完毕后，栈帧会被销毁。
函数调用过程中，每次调用都会将返回地址和相关参数等信息压入栈中，在函数执行完毕后再将这些信息弹出。
递归函数的实现也离不开堆栈，每次递归调用都会生成一个新的栈帧，直到递归结束后才开始回溯弹栈。
2. 表达式求值：在编程语言中，堆栈可以用于实现算术表达式求值。
例如，中缀表达式需要通过堆栈进行转换成后缀表达式来简化计算过程，然后再通过堆栈进行后缀表达式的计算。
在进行表达式求值时，通过堆栈可以保存运算符和操作数的顺序，确保运算的优先级正确。
3. 括号匹配：在编程或者数学等领域，括号匹配是一个常见的问题。
我们可以使用堆栈来判断一个表达式中的括号是否匹配。
遍历表达式，每当遇到左括号时，将其压入堆栈。
当遇到右括号时，从堆栈中弹出一个左括号，若左右括号匹配，则继续遍历。
若右括号没有对应的左括号或者堆栈为空，则括号不匹配。
4. 浏览器的历史记录：在浏览器中，通过点击链接或者前进后退按钮，我们可以在不同的网页之间进行切换。
这种网页切换也可以使用堆栈来实现浏览历史记录的功能。
每当访问一个新网页时，将其URL压入堆栈顶部；当点击前进按钮时，从堆栈中弹出一个URL；当点击后退按钮时，将当前页面的URL压入堆栈，然后再弹出上一个URL。
5. 撤销与恢复：在许多软件中，都提供了撤销与恢复功能。
当用户对文档进行操作时，软件会将操作信息（如添加、删除、修改等）压入堆栈中，当用户点击撤销时，软件会从堆栈中弹出最近的操作信息并进行撤销操作；当用户点击恢复时，软件会从堆栈中弹出已经撤销的操作信息并进行恢复。
java中常用的数据结构
java中常用的数据结构
Java中常用的数据结构有：
1. 数组（Array）：一组具有相同类型的数据元素的集合，通
过索引来访问元素。
2. 链表（LinkedList）：由若干个节点组成，每个节点包含数
据和指向下一个节点的指针。
3. 栈（Stack）：一种后进先出（LIFO）的数据结构，只允许
在栈顶进行插入和删除操作。
4. 队列（Queue）：一种先进先出（FIFO）的数据结构，只允
许在队头和队尾进行插入和删除操作。
5. 集合（Set）：一种不允许重复元素的数据结构，常见的实
现类有HashSet和TreeSet。
6. 列表（List）：一种有序的数据结构，允许重复元素，常见
的实现类有ArrayList和LinkedList。
7. 字典（Map）：一种键值对的数据结构，以键作为唯一标识
符来存储和访问元素，常见的实现类有HashMap和TreeMap。
8. 堆（Heap）：一种可以快速找到最大值（或最小值）的数
据结构，常用于优先队列的实现。
9. 树（Tree）：一种层次关系的数据结构，包含根节点、子节
点和叶子节点等。
10. 图（Graph）：由节点和节点之间的关系（边）组成的数据结构，常用于描述网络等复杂关系。
这些数据结构在Java中都有对应的类或接口，可以根据具体
的需求选择合适的数据结构来使用。
java堆栈的用法
java堆栈的用法Java中的堆栈是一种非常重要的数据结构，它可以帮助我们管理程序中的动态数据。
在Java中，堆栈通常用于实现函数调用、异常处理、内存分配等功能。
本文将介绍Java堆栈的用法，帮助您更好地理解和应用它。
一、堆栈的基本概念堆栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，它由一系列元素组成，每个元素都有一个与之关联的键和一个与之关联的值。
堆栈中的元素按照键的顺序进行排序，最底部的元素具有最小的键值。
堆栈有两个主要操作：push和pop。
push操作将一个元素添加到堆栈的顶部，而pop操作则从堆栈的顶部移除一个元素。
在Java中，堆栈通常由Stack类实现。
Java中的Stack类是一个单向链表，它实现了面向对象编程中的堆栈数据结构。
1.创建堆栈对象在Java中，可以使用new关键字创建Stack对象，如下所示：```javaStack<Integer>stack=newStack<Integer>();```这里，我们使用泛型<Integer>定义了一个整型堆栈。
通过创建Stack对象，我们可以使用它来实现LIFO堆栈功能。
2.入堆栈操作（push）入堆栈操作将元素添加到堆栈的顶部。
在Java中，可以使用push()方法来实现这个操作。
例如：```javastack.push(1);//将元素1添加到堆栈顶部```注意：入堆栈操作只能在非空堆栈上进行。
如果堆栈为空，将抛出异常。
3.出堆栈操作（pop）出堆栈操作从堆栈顶部移除一个元素。
在Java中，可以使用pop()方法来实现这个操作。
例如：```javaintelement=stack.pop();//从堆栈顶部移除一个元素，并将其赋值给变量element```注意：出堆栈操作会移除并返回堆栈顶部的元素，但并不会改变堆栈的大小。
如果堆栈为空，将抛出异常。
4.查看堆栈内容可以使用peek()方法来查看堆栈顶部的元素，而不需要将其移除。
信息安全工程师案例分析真题考点：堆栈(stack)
信息安全工程师案例分析真题考点：堆栈(stack) 堆栈(stack)区域是计算机内存中的一种存储区域，用于管理函数调用和局部变量的存储。
在程序执行过程中，每当调用一个函数或者进入一个新的代码块时，系统都会为该函数或代码块分配一块栈帧(stack frame)来存储相关信息。
堆栈中两个最重要的操作是PUSH和POP。
PUSH操作在堆栈的顶部加入一个元素。
POP操作相反，在堆栈顶部移去一个元素，并将堆栈的大小减一。
栈帧由以下几部分组成：
局部变量：每个函数或代码块可以定义自己的局部变量，这些变量在栈帧中被分配存储空间。
返回地址：当函数执行完成或代码块结束时，程序需要知道返回到哪里继续执行，返回地址就是记录这个信息的地方。
参数和临时变量：函数调用时传递的参数和临时变量也会存储在栈帧中。
堆栈区域的特点是后进先出(Last-In-First-Out，LIFO)的数据结构，这意味着最后进入堆栈的元素将首先被移除，即最后进入的栈帧会最先被执行完毕并被弹出。
每当一个函数调用结束或代码块结束时，系统会释放对应的栈帧，将控制权返回给上层函数或代码块。
相关真题：2020年信息安全工程师下午案例分析真题，第五大题，问题2【图5-2给出了C程序的典型内存布局，请回答如下问题。
】
(1)请问图5-1的代码中第9行的变量authenticated保存在图5-2所示的哪个区域中?
(2)请问stack的两个典型操作是什么?
(3)在图5-2中的stack区域保存数撕时，其地址增长方向是往高地址还是往低地址更高?
(4)对于图5-1代码中的第9行和第10行代码的两个变量，哪个变量对应的内存地。
堆栈、栈(stack)和堆(heap)三者的区别
一、预备知识（程序的内存分配）一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分：1、栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。
其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。
注意它与数据结构中的堆是两回事，其分配方式倒是类似于链表。
3、全局区（静态区static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。
程序结束后有系统释放。
4、文字常量区：常量字符串就是放在这里的。
程序结束后由系统释放。
5、程序代码区：存放函数体的二进制代码。
看看下面的例子程序，这是一个前辈写的，非常详细。
//main.cppint a = 0; 全局初始化区char *p1; 全局未初始化区main(){int b; 栈char s[] = "abc"; 栈char *p2; 栈char *p3 = "123456"; 123456\0在常量区，p3在栈上。
static int c =0；全局（静态）初始化区p1 = (char *)malloc(10);p2 = (char *)malloc(20); 分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}二、堆和栈的理论知识2.1、申请方式stack：由系统自动分配。
例如：声明在函数中一个局部变量int b，系统自动在栈中为b开辟空间。
heap：需要程序员自己申请，并指明大小，在c中用malloc函数，如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new运算符：如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意p1、p2本身是在栈中的。
java 栈的常用方法
java 栈的常用方法Java中的栈是一种常见的数据结构，它具有后进先出（LIFO）的特点，即最后入栈的元素最先出栈。
在Java中，栈的常用方法包括push、pop、peek、isEmpty和size等。
本文将详细介绍这些方法的功能和用法。
1. push方法：该方法用于将元素压入栈顶。
在Java中，可以使用push方法将元素添加到栈中。
例如，可以使用以下代码将一个整数元素压入栈中：```Stack<Integer> stack = new Stack<>();stack.push(10);```2. pop方法：该方法用于从栈顶弹出一个元素。
在Java中，可以使用pop方法从栈中弹出元素。
例如，可以使用以下代码从栈中弹出一个整数元素：```int element = stack.pop();```3. peek方法：该方法用于获取栈顶的元素，但不将其从栈中移除。
在Java中，可以使用peek方法获取栈顶元素。
例如，可以使用以下代码获取栈顶的整数元素：```int topElement = stack.peek();```4. isEmpty方法：该方法用于判断栈是否为空。
在Java中，可以使用isEmpty方法判断栈是否为空。
例如，可以使用以下代码判断栈是否为空：```boolean empty = stack.isEmpty();```5. size方法：该方法用于获取栈中元素的个数。
在Java中，可以使用size方法获取栈中元素的个数。
例如，可以使用以下代码获取栈中元素的个数：```int size = stack.size();```除了上述常用的栈方法，Java中的栈还提供了一些其他方法，如search方法和toArray方法。
6. search方法：该方法用于查找指定元素在栈中的位置。
在Java中，可以使用search方法查找元素在栈中的位置。
例如，可以使用以下代码查找一个整数元素在栈中的位置：```int position = stack.search(10);```7. toArray方法：该方法用于将栈中的元素转换为数组。
Java里的堆（heap）栈（stack）和方法区（method）
Java⾥的堆（heap）栈（stack）和⽅法区（method）基础数据类型直接在栈空间分配，⽅法的形式参数，直接在栈空间分配，当⽅法调⽤完成后从栈空间回收。
引⽤数据类型，需要⽤new来创建，既在栈空间分配⼀个地址空间，⼜在堆空间分配对象的类变量。
⽅法的引⽤参数，在栈空间分配⼀个地址空间，并指向堆空间的对象区，当⽅法调⽤完成后从栈空间回收。
局部变量 new 出来时，在栈空间和堆空间中分配空间，当局部变量⽣命周期结束后，栈空间⽴刻被回收，堆空间区域等待GC回收。
⽅法调⽤时传⼊的 literal 参数，先在栈空间分配，在⽅法调⽤完成后从栈空间分配。
字符串常量在DATA 区域分配，this 在堆空间分配。
数组既在栈空间分配数组名称，⼜在堆空间分配数组实际的⼤⼩！哦对了，补充⼀下static在DATA区域分配。
从Java的这种分配机制来看,堆栈⼜可以这样理解:堆栈(Stack)是操作系统在建⽴某个进程时或者线程(在⽀持多线程的操作系统中是线程)为这个线程建⽴的存储区域，该区域具有先进后出的特性。
每⼀个Java应⽤都唯⼀对应⼀个JVM实例，每⼀个实例唯⼀对应⼀个堆。
应⽤程序在运⾏中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中,并由应⽤所有的线程共享.跟C/C++不同，Java中分配堆内存是⾃动初始化的。
Java中所有对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引⽤却是在堆栈中分配,也就是说在建⽴⼀个对象时从两个地⽅都分配内存，在堆中分配的内存实际建⽴这个对象，⽽在堆栈中分配的内存只是⼀个指向这个堆对象的指针(引⽤)⽽已。
<⼆>这两天看了⼀下深⼊浅出JVM这本书，推荐给⾼级的java程序员去看，对你了解JAVA的底层和运⾏机制有⽐较⼤的帮助。
废话不想讲了.⼊主题：先了解具体的概念：JAVA的JVM的内存可分为3个区：堆(heap)、栈(stack)和⽅法区(method)堆区:1.存储的全部是对象，每个对象都包含⼀个与之对应的class的信息。
堆栈和队列的基本操作
堆栈和队列的基本操作一、堆栈（Stack）堆栈是一种具有特殊插入和删除规则的线性数据结构。
它按照“后进先出”（Last-In-First-Out, LIFO）原则管理数据。
1.堆栈的初始化堆栈的初始化即创建一个空堆栈。
2. 入栈（Push）入栈是将数据插入到堆栈顶部的操作。
数据插入后，堆栈的长度加1、插入的数据成为新的堆栈顶部。
3. 出栈（Pop）出栈是将堆栈顶部的数据删除的操作。
删除后，堆栈的长度减1、删除的数据为原堆栈的顶部。
4. 取栈顶元素（Top）取栈顶元素是获取当前堆栈顶部的数据，而不进行删除操作。
5. 判断堆栈是否为空（IsEmpty）判断堆栈是否为空，即判断堆栈的长度是否为0。
6. 获取堆栈长度（GetSize）获取堆栈的长度，即当前堆栈中元素的数量。
堆栈可以使用数组或链表来实现。
数组实现的堆栈称为顺序堆栈，链表实现的堆栈称为链式堆栈。
堆栈的应用：-递归函数的调用和返回-表达式求值-括号匹配-浏览器前进后退功能二、队列（Queue）队列也是一种具有特定插入和删除规则的线性数据结构。
它按照“先进先出”（First-In-First-Out, FIFO）原则管理数据。
1.队列的初始化队列的初始化即创建一个空队列。
2. 入队（Enqueue）入队是将数据插入到队列尾部的操作。
数据插入后，队列的长度加1、插入的数据成为新的队列尾部。
3. 出队（Dequeue）出队是将队列头部的数据删除的操作。
删除后，队列的长度减1、删除的数据为原队列的头部。
4. 获取队首元素（Peek）获取队列头部的数据，而不进行删除操作。
5. 判断队列是否为空（IsEmpty）判断队列是否为空，即判断队列的长度是否为0。
6. 获取队列长度（GetSize）获取队列的长度，即当前队列中元素的数量。
队列也可以使用数组或链表来实现。
数组实现的队列称为顺序队列，链表实现的队列称为链式队列。
还有一种特殊的队列称为优先队列，它根据元素的优先级进行排序。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
项目实践
调试运行例题3-1
穿越迷宫算法分析
boolean traverse(int row,int col ){ 定义TRIED为已尝试过标志 定义done为是否成功穿越标志 创建起点的位置坐标对象start 创建一个栈用来存放迷宫位置坐标 start进栈 当栈不空时,循环做如下操作{ 出栈一个位置坐标对象 获取该坐标的x和y值 将该坐标对应的数组元素置为TRIED标志 如果该坐标对应数组最后一个元素的下标(迷宫出口位置 ),则置done为true 将当前位置坐标的上一个位置坐标压栈(如果该位置坐标有效,且可通过) 将当前位置坐标的左一个位置坐标压栈(如果该位置坐标有效,且可通过) 将当前位置坐标的右一个位置坐标压栈(如果该位置坐标有效,且可通过) 将当前位置坐标的下一个位置坐标压栈(如果该位置坐标有效,且可通过) } return done; }
课堂实训
通过例题3-1的学习，我们掌握了顺序栈 的设计与实现，那么链式栈应如何设计 并实现呢？。请按47页的指导步骤进行 实训.
Java类库中的栈 Stack类
对于J2SDK1.4.2，Stack类具有栈结构的功能，它位于 包java.util包中，其直接父类是Vector类，常用的构造 器方法和成员方法如下： （1）Stack()，构造器方法可用来创建一个栈。 （2）public Object push(Object item) ，进栈一个元素。 （3）public synchronized Object pop()，出栈一个元素。 （4）public boolean empty()，判断栈是否为空。 （5）public int size()，获取栈中元素个数，从父类中继 承。
解题思路
从(0,0)位置开始，对该位置相邻的上、下、左、 右四个位置进行判断，通过选取一个可能畅通的 位置作为下一步穿越的位置。这里用一个栈来存 放要穿越的迷宫位置坐标，并首先将坐标(0,0)进 栈。然后用循环语句重复执行下面操作。 弹出栈顶元素，若该位置上的值为1，则将其置为 TRIED标识，然后将该位置的4个可能穿越的位置 坐标（下、右、左、上）进栈，进行下一次循环， 直到到达最后一个位置。如果最后一个位置上的 元素也被标识为TRIED，则说明成功穿越迷宫。 当栈为空时结束循环。
问题引入
对于下图所给出的迷宫，从左上角开始出发， 到达右下角结束，问是否可以穿越？ 穿越的规则是，每行走一步，只能选择上、下、 左、右四个方向之一。 穿越过程中可能有回退的可能. 如何表示一个迷宫? 如何编一程序实现这种穿越？
堆栈的定义来自堆栈是一种线性集合， 其元素的添加(进栈)和 删除(出栈)操作都在同 一端(栈顶)完成。 元素的进出栈按照后进 先出（last-in-firstout，LIFO)的原则进 行,即最后进栈的元素第 一个出栈。 堆栈一般用来保存一些 尚未处理和等待处理的 数据项。
迷宫表示
本节所给出的迷宫的可表示为下面的二维数组. int[][] grid = {{1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1}, {1,0,1,1,1,0,1,1,1,1,0,0,1}, {0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0}, 这个迷宫 {1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1}, 有一条通 {1,0,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,1}, 路，粉色 {1,0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1}, 的1代表 {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}, 一条通路 {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1} };
栈顶
想一想
生活中具有栈操作现象的实例有哪些?
堆栈的存储方式
顺序存储方式（数组） 链式存储方式（链表）
堆栈的操作
在栈顶添加一个元素（压栈） 从栈顶删除一个元素（出栈） 确定堆栈是否为空 确定堆栈中的元素个数
解决迷宫问题（Mazing Problem）
迷宫的表示:将一个迷宫表示为一个二维数组 a[m][n]. 如果a[i][j]=0,则表示位置(i,j)处是障碍物,不 可通过. 如果a[i][j]=1,则表示位置(i,j)处可通过. 要求寻找一条从a[0][0]到a[m][n]的通路. 这里,规定在位置(i,j)处只能向上、下、左、 右4个方向移动，不可以在对角线方向上移 动。
堆栈（Stack)
内容提要： • 堆栈的定义 • 堆栈的存储方式 • 堆栈的操作 • 堆栈的应用 • 实践项目：穿越迷宫 • 使用java类库中的java.util.Stack类实现穿 越迷宫
堆栈的应用
文字处理软件需要通过一个堆栈来实现撤消操作 IE浏览器中的后退功能也是通过栈来实现的 算术运算式的转换（Expression Conversion） 子程序调用（Subroutine Call） 中断处理（Interrupt Processing） 编译错误处理（Compiler Syntax Processing） 汉诺塔问题（Towers of Hanoi） 迷宫问题（Mazing Problem） 八皇后问题（Eight Queen Problem） 用栈实现递归调用
课堂实训
使用Java类库中的栈实现穿越迷 宫.参考48页完成.
作业
使用栈实现一个字符串的倒序输出，要求 字符串从键盘输入。即输入字符串 “hello”，输出“olleh”。
穿越迷宫程序设计思路
首先对数据元素（迷宫的点坐标）和数 据操作进行设计，然后设计栈实现所定 义的数据操作，最后使用栈完成穿越迷 宫程序。
解题步骤
程序共包含下面三个类，一个接口，都放在 一个源程序文件 TraversMaze.java中。
Position类。定义数据元素，迷宫点的坐标位置。 StackADT类。定义数据元素的操作。 ArrayStack类。用数组实现的栈，用来存储在 穿越过程中迷宫点坐标位置。 TraverseMaze类。完成穿越迷宫的判断并输出 相关信息。