JDK是如何實現棧的

本篇內容介紹了“JDK是如何實現棧的”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

Stack 翻譯為中文是堆棧的意思，但為了能和 Heap(堆)區分開，因此我們一般將 Stack 簡稱為棧。因此當“堆棧”連在一起時有可能表示的是  Stack，而當“堆、棧”中間有分號時，則表示 Heap(堆)和 Stack(棧)，如下圖所示：

JDK 棧的實現

聊會正題，接下來我們來看 JDK 中是如何實現棧的?

在 JDK 中，棧的實現類是 Stack，它的繼承關系如下圖所示：

Stack 包含的方法如下圖所示：

其中最重要的方法有：

• push：入棧方法(添加數據);

• pop：出棧并返回當前元素(移除數據);

• peek：查詢棧頂元素。

Stack 實現源碼如下：

public class Stack<E> extends Vector<E> {     /**      * 創建一個空棧      */     public Stack() {     }      /**      * 入棧方法，調用的是 Vector#addElement 的添加方法      */     public E push(E item) {         addElement(item);         return item;     }      /**      * 出棧并返回當前元素，調用的是 Vector#removeElementAt 的移除元素方法      */     public synchronized E pop() {         E       obj; // 返回當前要移除的棧頂元素信息         int     len = size();         obj = peek(); // 查詢當前棧頂元素         removeElementAt(len - 1); // 移除棧頂元素         return obj;     }      /**      * 查詢棧頂元素，調用 Vector#elementAt 的查詢方法      */     public synchronized E peek() {         int     len = size(); // 查詢當前棧的長度         if (len == 0) // 如果為空棧，直接拋出異常             throw new EmptyStackException();         return elementAt(len - 1); // 查詢棧頂元素的信息     }      /**      * 判斷棧是否為空      */     public boolean empty() {         return size() == 0;     }     // 忽略其他方法... }

從上述源碼可以看出， Stack 中的核心方法中都調用了父類 Vector 類中的方法，Vector 類的核心源碼：

public class Vector<E>     extends AbstractList<E>     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {  protected Object[] elementData; // 存儲數據的容器     protected int elementCount; // 存儲數據的容量值          /**      * 添加數據      */     public synchronized void addElement(E obj) {         modCount++; // 統計容器被更改的參數         ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 確認容器大小，如果容量超出則進行擴容         elementData[elementCount++] = obj; // 將數據存儲到數組     }          /**      * 移除元素（根據下標移除）      */     public synchronized void removeElementAt(int index) {         modCount++; // 統計容器被更改的參數         // 數據正確性效驗         if (index >= elementCount) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +                                                      elementCount);         }         else if (index < 0) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);         }         int j = elementCount - index - 1;         if (j > 0) { // 刪除的不是最后一個元素          // 把刪除元素之后的所有元素往前移動             System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);         }         elementCount--; // 數組容量 -1         elementData[elementCount] = null; // 將末尾的元素賦值為 null（刪除尾部元素）     }          /**      * 查詢元素（根據下標）      */  public synchronized E elementAt(int index) {      // 安全性驗證         if (index >= elementCount) {             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);         }         // 根據下標返回數組中的元素         return elementData(index);     }     // 忽略其他方法... }

對于上述源碼中，可以最不好理解的就是 System#arraycopy  這個方法，它的作用其實就是將刪除的元素(非末尾元素)的后續元素依次往前移動的，比如以下代碼：

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));

它的運行結果是：

• [Java, Hello, world, JRE, JRE]

也就是說當我們要刪除下標為 3 的元素時，需要把 3 以后的元素往前移動，所以數組的值就從 {"Java", "Hello", "world",  "JDK", "JRE"} 變為了 [Java, Hello, world, JRE,  JRE]，最后我們只需要把尾部元素刪除掉，就可以實現數組中刪除非末尾元素的功能了。

小結

通過以上源碼可以得知，JDK  中的棧(Stack)也是通過物理結構數組實現的，我們通過操作物理數組來實現邏輯結構棧的功能。

棧的應用

經過前面的學習我們對棧已經有了一定的了解了，那棧在我們的平常工作中有哪些應用呢?接下里我們一起來看。

瀏覽器回退

棧的特性為 LIFO(Last In First Out，LIFO)后進先出，因此借助此特性就可以實現瀏覽器的回退功能，如下圖所示：

函數調用棧

棧在程序中最經典的一個應用就是函數調用棧了(或叫方法調用棧)，比如操作系統給每個線程分配了一塊獨立的內存空間，這塊內存被組織成“棧”這種結構,  用來存儲函數調用時的臨時變量。每進入一個函數，就會將臨時變量作為一個棧幀入棧，當被調用函數執行完成，返回之后，將這個函數對應的棧幀出棧。為了讓你更好地理解，我們一塊來看下這段代碼的執行過程。

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; }

從代碼中我們可以看出， main() 函數調用了 add() 函數，獲取計算結果，并且與臨時變量 a 相加，最后打印 res  的值。為了讓你清晰地看到這個過程對應的函數棧里出棧、入棧的操作，我畫了一張圖。圖中顯示的是，在執行到 add() 函數時，函數調用棧的情況。

棧的復雜度

復雜度分為兩個維度：

• 時間維度：是指執行當前算法所消耗的時間，我們通常用「時間復雜度」來描述;

• 空間維度：是指執行當前算法需要占用多少內存空間，我們通常用「空間復雜度」來描述。

這兩種復雜度都是用大 O 表示法來表示的，比如以下代碼：

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

用大 O 表示法來表示的話，它的時間復雜度就是 O(n)，而如下代碼的時間復雜度卻為 O(1)：

int[] arr = {1, 2, 3, 4}; System.out.println(arr[0]); // 通過下標獲取元素

因此如果使用大 O 表示法來表示棧的復雜度的話，結果如下所示：

“JDK是如何實現棧的”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！