1.栈的基本概念

　　栈（英语：stack）又称为堆栈或堆叠，栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。栈具有记忆作用，对栈的插入与删除操作中，不需要改变栈底指针。

　　栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表。允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top)，另一端为栈底(bottom)；栈底固定，而栈顶浮动；栈中元素个数为零时称为空栈。插入一般称为进栈（PUSH），删除则称为退栈（POP）。
　　由于堆叠数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运作。栈也称为后进先出表。

2.Java模拟简单的顺序栈实现

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/**
 * @author delaunay
 * @description 栈
 * @date 2019/07/24
 **/
public class MyStack {
    private int[] array;
    private int maxSize;
    private int top;

    public MyStack(int size){
        this.maxSize = size;
        array = new int[size];
        top = -1;
    }

    // 压入数据
    public void push(int value){
        if (top < maxSize-1){
            array[++top] = value;
        }
    }

    //  弹出栈顶数据
    public int pop(){
        return array[top--];
    }

    // 访问栈顶数据
    public int peek(){
        return array[top];
    }

    // 判断栈是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }

    // 判断栈是否满了
    public boolean isFull(){
        return (top == maxSize-1);
    }
}

　　这个栈是用数组实现的，内部定义了一个数组，一个表示最大容量的值以及一个指向栈顶元素的top变量。构造方法根据参数规定的容量创建一个新栈，push()方法是向栈中压入元素，指向栈顶的变量top加一，使它指向原顶端数据项上面的一个位置，并在这个位置上存储一个数据。pop()方法返回top变量指向的元素，然后将top变量减一，便移除了数据项。要知道 top 变量指向的始终是栈顶的元素。

** 　 产生的问题：
　　①、上面栈的实现初始化容量之后，后面是不能进行扩容的（虽然栈不是用来存储大量数据的），如果说后期数据量超过初始容量之后怎么办？（自动扩容）
　　②、我们是用数组实现栈，在定义数组类型的时候，也就规定了存储在栈中的数据类型，那么同一个栈能不能存储不同类型的数据呢？（声明为Object）
　　③、栈需要初始化容量，而且数组实现的栈元素都是连续存储的，那么能不能不初始化容量呢？（改为由链表实现）**

3.增强功能版栈

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import java.util.Arrays;
import java.util.EmptyStackException;

/**
 * @author delaunay
 * @description TODO
 * @date 2019/07/24
 **/
public class ArrayStack {
    //存储元素的数组,声明为Object类型能存储任意类型的数据
    private Object[] elementData;
    //指向栈顶的指针
    private int top;
    //栈的总容量
    private int size;

    //默认构造一个容量为10的栈
    public ArrayStack(){
        this.elementData = new Object[10];
        this.top = -1;
        this.size = 10;
    }

    public ArrayStack(int initialCapacity){
        if(initialCapacity < 0){
            throw new IllegalArgumentException("栈初始容量不能小于0: "+initialCapacity);
        }
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        this.top = -1;
        this.size = initialCapacity;
    }

    //压入元素
    public Object push(Object item){
        //是否需要扩容
        isGrow(top+1);
        elementData[++top] = item;
        return item;
    }

    //弹出栈顶元素
    public Object pop(){
        Object obj = peek();
        remove(top);
        return obj;
    }

    //获取栈顶元素
    public Object peek(){
        if(top == -1){
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elementData[top];
    }
    //判断栈是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }

    //删除栈顶元素
    public void remove(int top){
        //栈顶元素置为null
        elementData[top] = null;
        this.top--;
    }

    /**
     * 是否需要扩容，如果需要，则扩大一倍并返回true，不需要则返回false
     * @param minCapacity
     * @return
     */
    public boolean isGrow(int minCapacity){
        int oldCapacity = size;
        //如果当前元素压入栈之后总容量大于前面定义的容量，则需要扩容
        if(minCapacity >= oldCapacity){
            //定义扩大之后栈的总容量
            int newCapacity = 0;
            //栈容量扩大两倍(左移一位)看是否超过int类型所表示的最大范围
            if((oldCapacity<<1) - Integer.MAX_VALUE >0){
                newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
            }else{
                newCapacity = (oldCapacity<<1);//左移一位，相当于*2
            }
            this.size = newCapacity;
            int[] newArray = new int[size];
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }
}

测试

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//测试自定义栈类 ArrayStack
//创建容量为3的栈，然后添加4个元素，3个int，1个String.
@Test
public void ArrayStackTest(){
    ArrayStack stack = new ArrayStack(3);
    stack.push(1);
    //System.out.println(stack.peek());
    stack.push(2);
    stack.push(3);
    stack.push("abc");
    System.out.println(stack.peek());
    stack.pop();
    stack.pop();
    stack.pop();
    System.out.println(stack.peek());
}

4.利用栈实现字符串逆序

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//进行字符串反转
@Test
public void testStringReversal(){
    ArrayStack stack = new ArrayStack();
    String str = "HelloWorld";

    char[] c = str.toCharArray();
    for (char item: c){
        stack.push(item);
    }
    while (!stack.isEmpty()){
        System.out.print(stack.pop());
    }
}

5.利用栈判断分隔符是否匹配

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//分隔符匹配
//遍历字符串，遇到左边分隔符就入栈，遇到右边分隔符就出栈，再查看出栈的分隔符与遇到的右是否匹配
@Test
public void testMatch(){
    ArrayStack stack = new ArrayStack();
    String str = "12<a[b{c}]>";
    char[] cha = str.toCharArray();
    for (char c: cha){
        switch (c){
            case '{':
            case '[':
            case '<':
                stack.push(c);
                break;
            case '}':
            case ']':
            case '>':
                if (!stack.isEmpty()){
                    char left = stack.pop().toString().toCharArray()[0];
                    if(c=='}' && left != '{'
                            || c==']' && left != '['
                            || c==')' && left != '('){
                        System.out.println("Error:"+left+"-"+c);
                    }
                }
                break;
            default:
                break;
        }
    }
}

6.总结

　　根据栈后进先出的特性，我们实现了单词逆序以及分隔符匹配。所以其实栈是一个概念上的工具，具体能实现什么功能可以由我们去想象。栈通过提供限制性的访问方法push()和pop()，使得程序不容易出错。
　　对于栈的实现，我们稍微分析就知道，数据入栈和出栈的时间复杂度都为O(1)，也就是说栈操作所耗的时间不依赖栈中数据项的个数，因此操作时间很短。而且需要注意的是栈不需要比较和移动操作，我们不要画蛇添足。