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JDK是如何实现栈的

本篇内容介绍了“JDK是如何实现栈的”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

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Stack 翻译为中文是堆栈的意思，但为了能和 Heap(堆)区分开，因此我们一般将 Stack 简称为栈。因此当“堆栈”连在一起时有可能表示的是  Stack，而当“堆、栈”中间有分号时，则表示 Heap(堆)和 Stack(栈)，如下图所示：

JDK是如何实现栈的

JDK 栈的实现

聊会正题，接下来我们来看 JDK 中是如何实现栈的?

在 JDK 中，栈的实现类是 Stack，它的继承关系如下图所示：

JDK是如何实现栈的

Stack 包含的方法如下图所示：

JDK是如何实现栈的

其中最重要的方法有：

  • push：入栈方法(添加数据);

  • pop：出栈并返回当前元素(移除数据);

  • peek：查询栈顶元素。

Stack 实现源码如下：

public class Stack extends Vector {     /**      * 创建一个空栈      */     public Stack() {     }      /**      * 入栈方法，调用的是 Vector#addElement 的添加方法      */     public E push(E item) {         addElement(item);         return item;     }      /**      * 出栈并返回当前元素，调用的是 Vector#removeElementAt 的移除元素方法      */     public synchronized E pop() {         E       obj; // 返回当前要移除的栈顶元素信息         int     len = size();         obj = peek(); // 查询当前栈顶元素         removeElementAt(len - 1); // 移除栈顶元素         return obj;     }      /**      * 查询栈顶元素，调用 Vector#elementAt 的查询方法      */     public synchronized E peek() {         int     len = size(); // 查询当前栈的长度         if (len == 0) // 如果为空栈，直接抛出异常             throw new EmptyStackException();         return elementAt(len - 1); // 查询栈顶元素的信息     }      /**      * 判断栈是否为空      */     public boolean empty() {         return size() == 0;     }     // 忽略其他方法... }

从上述源码可以看出， Stack 中的核心方法中都调用了父类 Vector 类中的方法，Vector 类的核心源码：

public class Vector     extends AbstractList     implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {  protected Object[] elementData; // 存储数据的容器     protected int elementCount; // 存储数据的容量值          /**      * 添加数据      */     public synchronized void addElement(E obj) {         modCount++; // 统计容器被更改的参数         ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 确认容器大小，如果容量超出则进行扩容         elementData[elementCount++] = obj; // 将数据存储到数组     }          /**      * 移除元素（根据下标移除）      */     public synchronized void removeElementAt(int index) {         modCount++; // 统计容器被更改的参数         // 数据正确性效验         if (index >= elementCount) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +                                                      elementCount);         }         else if (index < 0) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);         }         int j = elementCount - index - 1;         if (j > 0) { // 删除的不是最后一个元素          // 把删除元素之后的所有元素往前移动             System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);         }         elementCount--; // 数组容量 -1         elementData[elementCount] = null; // 将末尾的元素赋值为 null（删除尾部元素）     }          /**      * 查询元素（根据下标）      */  public synchronized E elementAt(int index) {      // 安全性验证         if (index >= elementCount) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);         }         // 根据下标返回数组中的元素         return elementData(index);     }     // 忽略其他方法... }

对于上述源码中，可以最不好理解的就是 System#arraycopy  这个方法，它的作用其实就是将删除的元素(非末尾元素)的后续元素依次往前移动的，比如以下代码：

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));

它的运行结果是：

  • [Java, Hello, world, JRE, JRE]

也就是说当我们要删除下标为 3 的元素时，需要把 3 以后的元素往前移动，所以数组的值就从 {"Java", "Hello", "world",  "JDK", "JRE"} 变为了 [Java, Hello, world, JRE,  JRE]，最后我们只需要把尾部元素删除掉，就可以实现数组中删除非末尾元素的功能了。

小结

通过以上源码可以得知，JDK  中的栈(Stack)也是通过物理结构数组实现的，我们通过操作物理数组来实现逻辑结构栈的功能。

栈的应用

经过前面的学习我们对栈已经有了一定的了解了，那栈在我们的平常工作中有哪些应用呢?接下里我们一起来看。

浏览器回退

栈的特性为 LIFO(Last In First Out，LIFO)后进先出，因此借助此特性就可以实现浏览器的回退功能，如下图所示：

JDK是如何实现栈的

函数调用栈

栈在程序中最经典的一个应用就是函数调用栈了(或叫方法调用栈)，比如操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种结构,  用来存储函数调用时的临时变量。每进入一个函数，就会将临时变量作为一个栈帧入栈，当被调用函数执行完成，返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈。为了让你更好地理解，我们一块来看下这段代码的执行过程。

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; }

从代码中我们可以看出， main() 函数调用了 add() 函数，获取计算结果，并且与临时变量 a 相加，最后打印 res  的值。为了让你清晰地看到这个过程对应的函数栈里出栈、入栈的操作，我画了一张图。图中显示的是，在执行到 add() 函数时，函数调用栈的情况。

JDK是如何实现栈的

栈的复杂度

复杂度分为两个维度：

  • 时间维度：是指执行当前算法所消耗的时间，我们通常用「时间复杂度」来描述;

  • 空间维度：是指执行当前算法需要占用多少内存空间，我们通常用「空间复杂度」来描述。

这两种复杂度都是用大 O 表示法来表示的，比如以下代码：

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

用大 O 表示法来表示的话，它的时间复杂度就是 O(n)，而如下代码的时间复杂度却为 O(1)：

int[] arr = {1, 2, 3, 4}; System.out.println(arr[0]); // 通过下标获取元素

因此如果使用大 O 表示法来表示栈的复杂度的话，结果如下所示：

JDK是如何实现栈的

“JDK是如何实现栈的”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注创新互联网站，小编将为大家输出更多高质量的实用文章！


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