常见的数据结构-栈结构的介绍

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栈结构

栈也是一种非常常见的数据结构, 并且在程序中的应用非常广泛.

一. 认识栈结构

我们先来简单认识一下栈结构, 它的特点和应用场景等.

栈结构

数组
我们知道数组是一种线性结构, 并且可以在数组的任意位置插入和删除数据.
但是有时候, 我们为了实现某些功能, 必须对这种任意性加以限制.
而栈和队列就是比较常见的受限的线性结构, 我们先来学习栈结构.
栈（stack），它是一种运算受限的线性表,后进先出(LIFO)
LIFO(last in first out)表示就是后进入的元素, 第一个弹出栈空间. 类似于自动餐托盘, 最后放上的托盘, 往往先把拿出去使用.
其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。
向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；
从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。
生活中类似于栈的
自助餐的托盘, 最新放上去的, 最先被客人拿走使用.
收到很多的邮件(实体的), 从上往下依次处理这些邮件. (最新到的邮件, 最先处理)
注意: 不允许改变邮件的次序, 比如从最小开始, 或者处于最紧急的邮件, 否则就不再是栈结构了. 而是队列或者优先级队列结构.
栈结构的图解
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程序中什么是使用栈实现的呢?
学了这么久的编程, 是否听说过, 函数调用栈呢?
我们知道函数之间和相互调用: A调用B, B中又调用C, C中又调用D.
那样在执行的过程中, 会先将A压入栈, A没有执行完, 所有不会弹出栈.
在A执行的过程中调用了B, 会将B压入到栈, 这个时候B在栈顶, A在栈底.
如果这个时候B可以执行完, 那么B会弹出栈. 但是B有执行完吗? 没有, 它调用了C.
所以C会压栈, 并且在栈顶. 而C调用了D, D会压入到栈顶.
所以当前的栈顺序是: 栈顶A->B->C->D栈顶
D执行完, 弹出栈. C/B/A依次弹出栈.
所以我们有函数调用栈的称呼, 就来自于它们内部的实现机制. (通过栈来实现的)
函数调用栈图解:

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栈面试题

面试题目:
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题目答案: C
A答案: 65进栈, 5出栈, 4进栈出栈, 3进栈出栈, 6出栈, 21进栈,1出栈, 2出栈
B答案: 654进栈, 4出栈, 5出栈, 3进栈出栈, 2进栈出栈, 1进栈出栈, 6出栈
D答案: 65432进栈, 2出栈, 3出栈, 4出栈, 1进栈出栈, 5出栈, 6出栈

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二. 栈结构实现

我们来实现一个类, 用于模拟栈中的操作.

栈的创建

我们先来创建一个栈的类, 用于封装栈相关的操作
// 栈类
function Stack() {
// 栈中的属性
var items = []
// 栈相关的方法
}
代码解析:
我们创建了一个Stack构造函数, 用户创建栈的类.
在构造函数中, 定义了一个变量, 这个变量可以用于保存当前栈对象中所有的元素.
这个变量是一个数组类型. 我们之后无论是压栈操作还是出栈操作, 都是从数组中添加和删除元素.
栈有一些相关的操作方法, 通常无论是什么语言, 操作都是比较类似的.

栈的操作

栈常见有哪些操作呢?
push(element): 添加一个新元素到栈顶位置.
pop()：移除栈顶的元素，同时返回被移除的元素。
peek()：返回栈顶的元素，不对栈做任何修改（这个方法不会移除栈顶的元素，仅仅返回它）。
isEmpty()：如果栈里没有任何元素就返回true，否则返回false。
clear()：移除栈里的所有元素。
size()：返回栈里的元素个数。这个方法和数组的length属性很类似。
现在我们来实现这些方法:
push方法
注意: 我们的实现是将最新的元素放在了数组的末尾, 那么数组末尾的元素就是我们的栈顶元素
// 压栈操作
this.push = function (element) {
items.push(element)
}
pop方法
注意: 出栈操作应该是将栈顶的元素删除, 并且返回.
因此, 我们这里直接从数组中删除最后一个元素, 并且将该元素返回就可以了
// 出栈操作
this.pop = function (element) {
return items.pop()
}
peek方法
peek方法是一个比较常见的方法, 主要目的是看一眼栈顶的元素.
注意: 和pop不同, peek仅仅的瞥一眼栈顶的元素, 并不需要将这个元素从栈顶弹出.
// peek操作
this.peek = function () {
return items[items.length - 1]
}
isEmpty方法
isEmpty方法用户判断栈中是否有元素.
实现起来非常简单, 直接判断数组中的元素个数是为0, 为0返回true, 否则返回false
// 判断栈中的元素是否为空
this.isEmpty = function () {
return items.length == 0
}
size方法
size方法是获取栈中元素的个数.
因为我们使用的是数组来作为栈的底层实现的, 所以直接获取数组的长度即可.(也可以使用链表作为栈的顶层实现)
// 获取栈中元素的个数
this.size = function () {
return items.length
}

完整代码

下面我们给出自定义栈的完整代码:
注意: 这里我们为了将属性方法放在一起, 没有使用原型来封装方法.
// 栈类
function Stack() {
// 栈中的属性
var items = []
// 栈相关的方法
// 压栈操作
this.push = function (element) {
items.push(element)
}
// 出栈操作
this.pop = function () {
return items.pop()
}
// peek操作
this.peek = function () {
return items[items.length - 1]
}
// 判断栈中的元素是否为空
this.isEmpty = function () {
return items.length == 0
}
// 获取栈中元素的个数
this.size = function () {
return items.length
}
}

栈的使用

我们来使用封装的栈, 模拟刚才的面试题
我们做了一下A, 其他大家可以自己练习一下.
C是无法使用栈来模拟的, 因为不正确的是C
// 模拟面试题
var stack = new Stack()
// 情况下代码模拟
stack.push(6)
stack.push(5)
stack.pop() // 5
stack.push(4)
stack.pop() // 4
stack.push(3)
stack.pop() // 3
stack.pop() // 6
stack.push(2)
stack.push(1)
stack.pop() // 1
stack.pop() // 2

三. 栈结构应用

我们已经学会了如何使用Stack类，现在就用它解决一些计算机科学中的问题。

十进制转二进制

为什么需要十进制转二进制?
现实生活中，我们主要使用十进制。
但在计算科学中，二进制非常重要，因为计算机里的所有内容都是用二进制数字表示的（0和1）。
没有十进制和二进制相互转化的能力，与计算机交流就很困难。
如何实现十进制转二进制?
要把十进制转化成二进制，我们可以将该十进制数字和2整除（二进制是满二进一），直到结果是0为止。
举个例子，把十进制的数字10转化成二进制的数字，过程大概是这样：
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如果我们希望使用代码来实现这个功能呢?
// 封装十进制转二进制的函数
function dec2bin(decNumer) {
// 定义变量
var stack = new Stack()
var remainder;
// 循环除法
while (decNumer > 0) {
remainder = decNumer % 2
decNumer = Math.floor(decNumer / 2)
stack.push(remainder)
}
// 将数据取出
var binayriStrng = ""
while (!stack.isEmpty()) {
binayriStrng += stack.pop()
}
return binayriStrng
}
测试代码:
// 测试函数
alert(dec2bin(10))
alert(dec2bin(233))
alert(dec2bin(1000))

常见的数据结构-栈结构的介绍

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