Java实现的有效括号字符串验证器
引言
在编程中,经常需要验证一组字符串中的括号是否正确配对。例如,检查一段代码或表达式中的圆括号、方括号和花括号是否成对出现。这类问题不仅在编程语言解析器中非常重要,也是许多软件开发场景中的基础需求。本文将介绍一种基于Java语言实现的有效括号字符串验证器,并通过JUnit框架对其进行测试。
问题描述
给定一个只包含 '('
, ')'
, '{'
, '}'
, '['
, ']'
的字符串 s
,编写一个函数来检验字符串中的括号是否有效。有效的括号字符串需满足:
- 开闭括号必须以正确的顺序出现。
- 每个开括号必须有相应闭括号。
- 每个闭括号必须有相应开括号。
设计思路
为了解决这个问题,我们可以使用栈的数据结构来追踪每个开括号。当我们遇到一个开括号时,就将其压入栈中;当我们遇到一个闭括号时,就需要检查栈顶的开括号是否与之匹配。如果不匹配或栈为空,则字符串无效。如果遍历完成后栈为空,则说明所有的括号都正确配对。
实现代码
以下是使用Java语言实现的有效括号字符串验证器的代码:
import java.util.Stack;
public class Solution {
public boolean isValid(String s) {
Stack<Character> stack = new Stack<>();
for (char c : s.toCharArray()) {
switch (c) {
case '(':
case '[':
case '{':
stack.push(c);
break;
case ')':
if (stack.isEmpty() || stack.pop() != '(') return false;
break;
case ']':
if (stack.isEmpty() || stack.pop() != '[') return false;
break;
case '}':
if (stack.isEmpty() || stack.pop() != '{') return false;
break;
default:
// 忽略非括号字符
break;
}
}
return stack.isEmpty();
}
public static void main(String[] args) {
Solution solution = new Solution();
System.out.println(solution.isValid("()[]{}")); // 应该输出 true
System.out.println(solution.isValid("(]")); // 应该输出 false
System.out.println(solution.isValid("([)]")); // 应该输出 false
System.out.println(solution.isValid("{[]}")); // 应该输出 true
}
}
代码解释
- 初始化栈:使用
Stack
类创建一个空栈。 - 遍历字符串:将字符串转换为字符数组,并遍历每个字符。
- 入栈:遇到开括号时,将其压入栈中。
- 匹配并出栈:遇到闭括号时,检查栈是否为空,如果为空或栈顶元素与当前闭括号不匹配,则返回
false
;否则弹出栈顶元素。 - 返回结果:如果栈为空,则所有括号都已正确配对,返回
true
;否则返回false
。
单元测试
为了确保代码的正确性和健壮性,我们可以使用JUnit框架编写测试用例:
import org.junit.Test;
import static org.junit.Assert.*;
public class SolutionTest {
private Solution solution = new Solution();
@Test
public void testIsValid() {
assertTrue(solution.isValid("()"));
assertTrue(solution.isValid("()[]{}"));
assertFalse(solution.isValid("(]"));
assertFalse(solution.isValid("([)]"));
assertTrue(solution.isValid("{[]}"));
}
}
import java.util.Stack;
public class Solution {
/**
* 检查字符串中的括号是否有效配对。
*
* @param s 输入的字符串,只包含'(',')','[',']','{','}'。
* @return 如果字符串中的括号有效配对,返回true;否则返回false。
*/
public boolean isValid(String s) {
char[] parentheses = {'(', ')', '[', ']', '{', '}'};
int i = 0;
char c;
int[] sum = {0, 0, 0}; // 用于记录每种括号的数量
Stack<Integer> top = new Stack<>(); // 用于存放遇到的开括号
// 遍历字符串中的每个字符
while (i < s.length) {
c = s.charAt(i);
// 检查字符是否为开括号
for (int j = 0; j <= 2; j++) {
if (c == parentheses[j]) {
top.push(j); // 将对应的索引值推入栈
sum[j]++; // 记录开括号数量增加
} else if (c == parentheses[j + 3]) {
// 检查字符是否为闭括号
if (top.size() == 0 || top.peek() != j) {
// 栈为空或栈顶的开括号与当前闭括号不匹配,返回false
return false;
}
top.pop(); // 弹出栈顶的开括号
sum[j]--; // 记录开括号数量减少
}
// 如果既不是开括号也不是闭括号,则忽略
}
i++;
}
// 遍历完成之后检查每种括号的数量是否为0
for (int j = 0; j <= 2; j++) {
if (sum[j] != 0) {
// 如果有任何一种括号数量不为0,说明有未配对的括号,返回false
return false;
}
}
// 如果所有括号都正确配对,返回true
return true;
}
public static void main(String[] args) {
Solution solution = new Solution();
System.out.println(solution.isValid("()[]{}")); // 应该输出 true
System.out.println(solution.isValid("(]")); // 应该输出 false
System.out.println(solution.isValid("([)]")); // 应该输出 false
System.out.println(solution.isValid("{[]}")); // 应该输出 true
}
}
代码解释
-
初始化变量:
parentheses
数组存储了所有可能的括号字符。sum
数组用于记录每种类型括号的数量。top
栈用于存放遇到的开括号的索引值。
-
遍历字符串:
- 使用
while
循环遍历字符串中的每个字符。 - 使用内部
for
循环检查字符是否为开括号或闭括号。
- 使用
-
处理开括号:
- 如果字符是开括号,将其对应的索引值推入栈,并在
sum
数组中对应位置增加计数。
- 如果字符是开括号,将其对应的索引值推入栈,并在
-
处理闭括号:
- 如果字符是闭括号,检查栈是否为空或栈顶的开括号是否与之匹配。
- 如果不匹配或栈为空,则返回
false
。 - 否则,弹出栈顶的开括号,并在
sum
数组中对应位置减少计数。
-
检查括号数量:
- 在遍历完成后,检查每种括号的数量是否为零。
- 如果有任何一种括号数量不为零,则返回
false
。
-
返回结果:
- 如果所有括号都正确配对,返回
true
。
- 如果所有括号都正确配对,返回
结论
通过上述方法,我们成功实现了一个简单而高效的括号字符串验证器。该验证器利用栈的先进后出特性,有效地解决了括号配对问题。此外,通过JUnit测试框架,我们还确保了代码的质量和可靠性。这对于软件开发中的各种应用场景都是非常有用的。
有效括号