栈

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栈

栈是一种“操作受限”的线性表，只允许在一端插入和删除数据。 后进者先出，先进者后出，这就是典型的“栈”结构。

当某个数据集合只涉及在一端插入和删除数据，并且满足后进先出、先进后出的特性，我们就应该首选“栈”这种数据结构。

实际上，栈既可以用数组来实现，也可以用链表来实现。用数组实现的栈，我们叫作顺序栈，用链表实现的栈，我们叫作链式栈。

用数组实现的栈

class Stack {
  constructor() {
    this.items = [];
    this.count = 0;
  }

  push(value) {
    this.items.push(value);
    ++this.count;
    return this.items;
  }

  pop() {
    if (this.count === 0) return [];
    return this.items.pop();
  }

  size() {
    return this.items.length;
  }

  isEmpty() {
    return this.items.length === 0;
  }

  peek() {
    //返回栈顶的元素
    if (this.isEmpty()) {
      return undefined;
    }
    return this.items[this.count - 1];
  }

  clear() {
    this.items.length = 0;
  }
}
var stack = new Stack();
stack.push("Jack");
stack.push("Mike");
stack.push("Candy");
stack.print(); // Jack,Mike,Candy
stack.pop();

用 js 对象实现的栈

class Stack {
  constructor() {
    this.count = 0;
    this.items = {}; // 选择对象来保存栈中元素
  }

  // 入栈
  push(element) {
    this.items[this.count] = element;
    this.count++;
  }

  size() {
    return this.count;
  }

  isEmpty() {
    return this.count === 0;
  }

  // 出栈
  pop() {
    if (this.isEmpty()) {
      return undefined;
    }
    this.count--;
    const result = this.items[this.count];
    delete this.items[this.count];
    return result;
  }

  peek() {
    //返回栈顶的元素
    if (this.isEmpty()) {
      return undefined;
    }
    return this.items[this.count - 1];
  }

  clear() {
    this.items = {};
    this.count = 0;
  }
}

这里为什么使用对象来保存栈中元素？

因为在使用数组时，大部分方法的时间复杂度是 O(n)。
并且数组是元素的一个有序集合，为了保证元素排列有序，它会占用更多的内存空间。

用链表实现的栈

class Node {
  constructor(element) {
    this.element = element;
    this.next = null;
  }
}

class StackBasedLinkedList {
  constructor() {
    this.top = null;
  }
  push(value) {
    const node = new Node(value);
    if (this.top === null) {
      this.top = node;
    } else {
      node.next = this.top;
      this.top = node;
    }
  }
  pop() {
    if (this.top === null) {
      return -1;
    }
    const value = this.top.element;
    this.top = this.top.next;
    return value;
  }
  // 为了实现浏览器前进后退
  clear() {
    this.top = null;
  }
  display() {
    if (this.top !== null) {
      let temp = this.top;
      while (temp !== null) {
        console.log(temp.element);
        temp = temp.next;
      }
    }
  }
}
// Test
const newStack = new StackBasedLinkedList();
newStack.push(1);
newStack.push(2);
newStack.push(3);
// 获取元素
let res = 0;
console.log("-------获取pop元素------");
while (res !== -1) {
  res = newStack.pop();
  console.log(res);
}

不管基于数组还是链表，入栈、出栈的时间复杂度都为 O(1)

栈在函数调用中的应用

操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种结构, 用来存储函数调用时的临时变量。每进入一个函数，就会将临时变量作为一个栈帧入栈，当被调用函数执行完成，返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈。

栈在表达式求值中的应用

编译器就是通过两个栈来实现的。其中一个保存操作数的栈，另一个是保存运算符的栈。
我们从左向右遍历表达式，当遇到数字，我们就直接压入操作数栈；当遇到运算符，就与运算符栈的栈顶元素进行比较。如果比运算符栈顶元素的优先级高，就将当前运算符压入栈；如果比运算符栈顶元素的优先级低或者相同，从运算符栈中取栈顶运算符，从操作数栈的栈顶取 2 个操作数，然后进行计算，再把计算完的结果压入操作数栈，继续比较。

栈在括号匹配中的应用

当扫描到左括号时，则将其压入栈中；当扫描到右括号时，从栈顶取出一个左括号。如果能够匹配，比如“(”跟“)”匹配，“[”跟“]”匹配，“{”跟“}”匹配，则继续扫描剩下的字符串。如果扫描的过程中，遇到不能配对的右括号，或者栈中没有数据，则说明为非法格式。