Java数组、链表、栈：数据结构与应用详解253

Java编程中，数组、链表和栈是三种常见且重要的数据结构，它们在解决不同类型的编程问题时发挥着关键作用。理解它们的特点、优缺点以及应用场景，对于编写高效且优雅的Java代码至关重要。本文将深入探讨这三种数据结构，并通过代码示例来说明它们的用法。

1. 数组 (Array)

数组是Java中最基本的数据结构之一，它是一组具有相同数据类型元素的连续存储单元。数组元素通过索引访问，索引从0开始。数组的长度在创建时确定，一旦创建，其大小就无法改变。这既是数组的优点，也是其缺点。

优点：
访问元素速度快：通过索引直接访问，时间复杂度为O(1)。
内存空间利用率高：元素连续存储，没有额外的内存开销。
简单易用：Java提供了内置的数组支持。

缺点：
大小固定：创建后无法改变大小。
插入和删除元素效率低：需要移动其他元素，时间复杂度为O(n)。
内存浪费：如果数组未被完全填充，会造成内存浪费。

代码示例：```java
int[] numbers = new int[5]; // 创建一个长度为5的整数数组
numbers[0] = 10;
numbers[1] = 20;
numbers[2] = 30;
for (int i = 0; i < ; i++) {
(numbers[i]);
}
```

2. 链表 (Linked List)

链表是一种动态数据结构，其元素不连续存储在内存中，而是通过指针连接起来。每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表的长度可以动态变化，方便插入和删除操作。

优点：
动态大小：可以根据需要动态增加或减少元素。
插入和删除元素效率高：只需要修改指针，时间复杂度为O(1)（对于已知位置的插入和删除）。
内存利用率高：只分配需要的内存空间。

缺点：
访问元素速度慢：需要遍历链表才能访问特定元素，时间复杂度为O(n)。
内存开销大：每个节点都需要额外的内存空间存储指针。
实现复杂度相对较高。

代码示例 (单向链表)：```java
class Node {
int data;
Node next;
Node(int d) {
data = d;
next = null;
}
}
class LinkedList {
Node head;
// 添加节点
void add(int data) {
Node newNode = new Node(data);
= head;
head = newNode;
}
// 打印链表
void printList() {
Node current = head;
while (current != null) {
( + " ");
current = ;
}
();
}
}
```

3. 栈 (Stack)

栈是一种后进先出 (LIFO) 的数据结构，只能在栈顶进行插入 (push) 和删除 (pop) 操作。类似于一个堆叠的盘子，最后放进去的盘子最先被拿出来。

优点：
简单易用：遵循LIFO原则，操作简单。
实现容易：可以使用数组或链表实现。

缺点：
只能访问栈顶元素。

代码示例 (使用数组实现)：```java
class Stack {
private int[] arr;
private int top;
private int capacity;
Stack(int capacity) {
= capacity;
arr = new int[capacity];
top = -1;
}
void push(int x) {
if (top >= capacity - 1) {
("Stack Overflow");
return;
}
arr[++top] = x;
}
int pop() {
if (top < 0) {
("Stack Underflow");
return -1;
}
return arr[top--];
}
}
```