【JavaSE专栏17】用最简单的方法，实现 Java 的堆栈

男娘i 2023-10-13 08:58 44阅读 0赞

> **作者主页**：[Designer 小郑][Designer]  
> **作者简介**：Java全栈软件工程师一枚，来自浙江宁波，负责开发管理公司OA项目，专注软件前后端开发（Vue、SpringBoot和微信小程序）、系统定制、远程技术指导。CSDN学院、蓝桥云课认证讲师，全栈领域优质创作者。热爱技术、专注业务、开放合作、乐于分享，期待你我共同成长！  
> **主打方向**：Vue、SpringBoot、微信小程序

**堆栈是 Java 常见的数据结构**，本文将对 Java 中的 堆栈进行讲解。

#### 目录 ####

*  一、实现 Java 堆
 *  二、实现 Java 栈
 *  三、Java 堆栈的区别和联系
 *   *  3.1 区别
     *  3.2 联系
     *  3.3 区别联系小结
 *  四、总结

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## 一、实现 Java 堆 ##

在Java编程语言中，**堆**（Heap）是一种内存分配机制，用于存储动态分配的对象。

**堆是在Java虚拟机（JVM）运行时创建和管理的一个区域**，它具有自动内存管理的特性。

堆的主要特点包括：

*  **动态分配**：堆可以根据需要动态分配和释放内存。
 *  **对象存储**：堆用于存储创建的Java对象。
 *  **垃圾回收**：堆通过垃圾回收机制来自动管理内存，当某个对象不再被引用时，垃圾回收器会自动回收这些对象占用的内存空间。

以下是一个简单的Java代码示例，展示了如何在堆中创建对象：

public class Person {
        
        private String name;
        private int age;
    
        public Person(String name, int age) {
        
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        // 省略getter和setter方法
    
        public static void main(String[] args) {
        
            // 在堆中创建Person对象
            Person person = new Person("Alice", 25);
    
            // 使用person对象
            System.out.println(person.getName() + " is " + person.getAge() + " years old.");
        }
    }

在上面的示例中，我们定义了一个 **Person 类**，并使用构造函数在堆中创建了一个 **Person 对象**。

然后，我们可以使用该对象进行各种操作，例如获取和设置对象的属性。

当程序执行结束后，Java 虚拟机会自动回收不再使用的内存空间。

![在这里插入图片描述][3f206f25eefc422dbf3e94bbd7445ba7.png_pic_center]

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## 二、实现 Java 栈 ##

Java语言的栈（Stack）是一种基于**后进先出**（LIFO）原则的数据结构。

它类似于现实生活中的堆栈，**只能在一端进行插入和删除操作**，这一端被称为**栈顶**。

栈具有两个主要的操作：

*  **入栈**（Push）：将元素放入栈顶。
 *  **出栈**（Pop）：从栈顶移除一个元素。

以下是一个简单的Java代码样例，实现了栈的基本功能：

public class Stack {
        
        private int maxSize; // 栈的最大容量
        private int[] stackArray;
        private int top; // 栈顶指针
    
        public Stack(int size) {
        
            maxSize = size;
            stackArray = new int[maxSize];
            top = -1; // 初始化栈顶指针为-1，表示栈为空
        }
    
        public void push(int value) {
        
            if (isFull()) {
        
                System.out.println("栈已满，无法进行入栈操作");
                return;
            }
            stackArray[++top] = value; // 将元素插入栈顶，并将栈顶指针加1
        }
    
        public int pop() {
        
            if (isEmpty()) {
        
                System.out.println("栈为空，无法进行出栈操作");
                return -1;
            }
            return stackArray[top--]; // 返回栈顶元素，并将栈顶指针减1
        }
    
        public int peek() {
        
            if (isEmpty()) {
        
                System.out.println("栈为空");
                return -1;
            }
            return stackArray[top]; // 返回栈顶元素，不改变栈顶指针
        }
    
        public boolean isEmpty() {
        
            return (top == -1); // 判断栈是否为空
        }
    
        public boolean isFull() {
        
            return (top == maxSize - 1); // 判断栈是否已满
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Stack stack = new Stack(5);
    
            stack.push(10);
            stack.push(20);
            stack.push(30);
            stack.push(40);
    
            System.out.println(stack.pop()); // 输出：40
            System.out.println(stack.peek()); // 输出：30
            System.out.println(stack.isEmpty()); // 输出：false
            System.out.println(stack.isFull()); // 输出：false
        }
    }

以上代码演示了如何使用数组实现一个简单的栈，并进行入栈、出栈、查看栈顶元素以及判断栈是否为空或已满的操作。

![在这里插入图片描述][09148a55a7154877a9a3bbca35aad99e.png_pic_center]

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## 三、Java 堆栈的区别和联系 ##

在Java中，栈（Stack）和堆（Heap）是两个不同的概念，它们具有不同的作用和特点。

### 3.1 区别 ###

*  **数据结构**：栈是一种线性数据结构，遵循后进先出（LIFO）原则；而堆是一种动态内存分配的数据结构，用于存储对象。
 *  **存储内容**：栈存储基本类型和对象的引用，以及方法调用时的局部变量和方法执行时的调用栈信息；堆存储对象的实例和数组等动态分配的数据。
 *  **内存管理**：栈由编译器自动分配和释放，大小固定且较小；堆由开发人员手动或自动进行动态分配和释放，大小可变且较大。

### 3.2 联系 ###

*  **关联性**：在Java程序中，栈中保存着对堆中对象的引用。当我们创建一个新对象时，该对象将被分配到堆上，并在栈上创建一个指向堆上对象的引用。
 *  **生命周期**：栈上的数据随着方法的调用和返回而自动分配和释放，具有短暂的生命周期；堆上的数据可以在任何地方被引用，具有更长久的生命周期，直到没有引用指向该对象时才会被垃圾回收机制回收。
 *  **协同使用**：栈和堆在程序执行中相互协作。方法调用时，局部变量在栈上分配内存；方法中创建的对象则在堆上分配内存，并由栈上的引用指向这些对象。

### 3.3 区别联系小结 ###

栈和堆在Java中是两个不同的概念，**栈用于存储基本类型、方法调用信息和对象引用，而堆用于存储动态分配的对象**。

它们在数据结构、存储内容、内存管理等方面有着明显的区别，但也存在联系，如栈中保存堆中对象的引用，以及栈和堆的协同使用。

![在这里插入图片描述][3bc584c46ba1470b98af6a8f86dc66f2.png_pic_center]

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## 四、总结 ##

本文简单对 Java 中的堆栈数据结构进行了介绍，讲解了堆栈实现原理，并给出了样例代码。在下一篇博客中，将讲解 Java 中的内存机制。

![在这里插入图片描述][3a01dc60e62c415b812015851343f1c0.png_pic_center]

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