栈和队列

声明：本文主要作为作者的复习笔记，由于作者水平有限，难免有错误和不准确之处，欢迎读者批评指正。

1. 线性表接口两个常用子类

ArrayList => 底层是基于动态数组的实现
LinkedList => 底层是基于双向链表的实现

• LinkedList是队列Queue的子类，还是双端队列Deque的子类；
• LinkedList有一个反向遍历的迭代器，从链表的尾部开始遍历；也有一个正向的迭代器，从链表的头部开始遍历。
• 使用List接口的方法都一样，都是List接口中定义好的方法；

2. 什么时候选择ArrayList，什么时候选择LinkedList?

若ArrayList和LinkedList都默认调用add方法进行插入，这两个结构都在进行尾插；其实数组的尾插比链表还快elementData[size++] = val;

3. 栈和队列的关系

栈和队列都是添加和删除元素操作受限的线性表，本质上栈和队列没什么不同，可以相互转换，都是线性表的一种；

栈：树型结构的dfs（深度优先遍历 - 前中后序）

队列：树型结构的bfs（广度优先遍历 - 层序遍历）

应用场景
可以使用栈来模拟队列，同样的，也可以使用队列来模拟栈的实现；

4. 栈

一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO(Last In First Out)的原则。

• 入栈（push）
  栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈；入数据在栈顶。
• 出栈（pop）
  栈的删除操作叫做出栈；出数据在栈顶。
• 无论入栈还是出栈，都只能固定在栈顶进行。
• 查看栈顶元素peek()：只取值，不删除。
  

5. 栈的实现根据使用的内部结构不同分为顺序栈和链式栈

1. 顺序栈：内部还是动态数组，规定只能从数组的末尾进行插入和删除；
   插入 => 入栈
   删除 => 出栈
2. 链式栈：内部使用链表，默认规定在链表的尾部进行插入/删除；

6. 栈、虚拟机栈、栈帧有什么区别

1. 栈数据结构的栈：线性表的一种，满足后进先出的特点（LIFO）,保存在栈中的元素都是相同数据类型；
2. 虚拟机栈，操作系统栈：概念性的东西，底层到底是不是用的栈（数据结构），到底用的链式栈还是顺序栈都不是关键；
3. 栈帧：函数从调用过程到结束的一个体现，一个函数从调用到销毁其中占用的空间，内部的局部变量都统一放在该函数的栈帧中（一种类型，专门描述函数在操作系统内部的调用过程）；

7. 队列（FIFO：First In First Out）

操作受限的线性表，只能从队列的一端添加元素（队尾），从队列的另一端删除元素（队首）；

• 入队：向队列中添加元素（offer | push）；
• 出队：从队列中移除元素（poll）；

8. 广义上的队列一般有以下几种

1. 普通队列（FIFO链式队列）— 基于链表实现（单链表足够，尾插头删）；
2. 循环队列，可以从队尾走到队首，使用定长数组来实现；
3. 优先级队列（非线性结构），一般都是先进先出，但是，优先级较高的元素可以优先出队；内部使用堆这个数据结构来实现（JDK默认使用的是最小堆 — 完全二叉树）；

9. 循环队列

循环队列使用定长数组来实现，数组的首尾相连就构成了循环队列（就是走到数组最后一个元素时，下一个访问的就是数组的首地址）；循环队列一般用在os生存消费者模型。

10. 循环队列判断是否为空,判断队列是否已满

判断循环队列是否为空：head == tail

判断循环队列是否已满：（tail + 1）% num.length == head;

• head索引指向队列队首第一个元素的下标，tail索引指向队列最后一个元素的下一个位置下标（新元素就可以使用tail直接入队列）；
• 无论循环队列是空还是已满，head == tail重合了；因此为了区分循环队列到底为空还是已满，循环队列会浪费一个空间；
  例：要保存一个最大支持5个元素的循环队列，则开辟一个长度为6的数组！多余的这个空间就是来判断队列是否已满。

11. 无论是入队还是出队，在循环队列中，下标后移都需要进行取模操作

• 入队：offer
  tail继续向后走，tail = （tail + 1）% num.length；
• 出队：poll
  head继续向后走，head = （head + 1）% num.length；

12. 循环队列不断入队和出队中，有效元素以及浪费的空间都在动态变化

在循环队列中，浪费空间的位置不是固定的，每次（tail + 1）% num.length到head之前的那个空间是浪费的。

在任意时刻
int lastIndex = tail == 0 ？num.length - 1 : tail - 1;
队列中的有效元素 [head…lastIndex]；

13. 双端队列（Deque）

双端队列(deque)是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque是“double ended queue”的简称；

• 元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队；
• 在Java中，只要用栈和队列，统一使用Deque接口！根据实际使用时的场景选择基于数组实现的ArrayDeque或者基于双向链表实现的LinkedList；

Deque接口的使用

//使用Deque作为栈，方法名都不变 push pop peek
Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
stack.push(1);
stack.push(3);
stack.push(5);
stack.push(7);
System.out.println(stack);
//输出7
System.out.println(stack.pop());
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//使用Deque作为队列，方法名不变 offer poll peek
Deque<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
queue.offer(2);
queue.offer(4);
queue.offer(6);
queue.offer(8);
System.out.println(queue);
//输出2
System.out.println(queue.poll());
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14. 常见的线性表：元素之间呈线性排列，一次只能添加一个同类型的元素；

数组，链表，栈，队列，字符串(char[ ] 多个字符呈线性排列)；