[数据结构与算法]【化解数据结构】什么是栈？手写实现一个栈结构

📢 大家好，我是小丞同学，一名大二的前端爱好者

📢 这篇文章将讲解数据结构中的栈

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📢 愿你忠于自己，热爱生活

💡 内容抢先看

• 什么是栈？
• 栈结构有哪些方法
• 实现一个栈
• LeetCode 实战

📢 碎碎念

这篇文章将总结学习的第一个数据结构：栈。
栈在前端的应用也是非常广泛的，例如：函数调用堆栈，进制转化，有效括号这些问题都涉及到栈结构
我们一起来看看吧

一、什么是栈结构？

栈是一种特殊的线性表，它可以用数组或链表来实现，通常用数组来实现，但是它和数组又很不一样。
对于数组而言，我们可以随意的从数组中取出一个元素，也可以在数组的任意位置插入一个元素。
但是对于栈结构而言，相对于数组做了一定的限制，它只允许在栈顶进行取出和插入操作
因此，栈有着先进后出的特点

如图，可以很形象的描述一个栈结构

这就像生活中的桶一样，只能从桶口放东西进去，从桶顶取东西出来

在生活中还有着很多例子，例如：装羽毛球的球桶，我们每次都只能拿最上面的羽毛球，放到最上面

因此对于一个栈有栈顶和栈底之分

栈顶可以形象的理解为桶口

栈底则可以是桶底

在 JS 中，熟悉的执行上下文也使用栈结构来维护的，栈底是全局作用域（GO），当前执行代码的执行上下文依次加入栈中，栈顶的元素永远是正在执行的上下文对象。

二、栈结构有哪些方法呢？

和一般的数据结构一样，它有着插入，取出的方法，我们把它们叫作：入栈和出栈
为了丰富一下栈中的方法，我们多实现一些，例如，判断栈顶是否为空、返回栈中的元素个数、清空栈、返回栈顶元素

接下来我们就一一实现它们

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三、手写实现一个栈结构

在这里我采用数组来实现栈这个数据结构，因为 JS 数组中封装了大量的原生 API，可以通过这些 API 很方便的实现我们的功能

1. 创建一个 Stack 类

首先我们先创建一个 class 类，并采用 stackData 数组来存储我们的数据

class Stack {
  constructor() {
    this.stackData = [];
  }
}

2. 实现 push 方法

实现入栈的方法，这里就是我们采用数组的好处了
根据栈的规则，我们只能在栈顶添加元素，也就是在数组的最后一位插入，对应到的就是数组的 push 方法
因此实现栈结构的入栈方法，也就是调用数组的 push 方法

push(element) {
    this.stackData.push(element)
}

3. 实现 pop 方法

实现出栈的方法，根据后进先出的原则，也就是取出栈顶元素，相当于取出数组的最后一位
因此我们可以采用数组的 pop 方法来实现

pop 方法：删除数组的最后一位，并返回删除的值

pop() {
    this.stackData.pop()
}

实现了入栈和出栈，一个简单的栈结构就已经基本实现了，我们来试试操作它吧

首先我们需要 new 一个对象示例，然后适当的调用一下方法来演示一下

const stack = new Stack()
stack.push(9)
stack.push(4)
stack.pop()
stack.push(6)

动图效果

可以看到每次都在数组尾部添加元素， pop 时也是弹出数组尾部的元素

4. 实现 peek 方法

peek 是查看栈顶的元素，也就是数组的最后一个元素，同时这个操作不会改变栈噢~只是查看

实现的方法也很简单，我们只要返回数组的最后一位就可以了

peek() {
    return this.stackData[this.stackData.length - 1]
}

使用 peek 方法

const stack = new Stack()
stack.push(9)
stack.peek() // 9

5. 实现 size 方法

size 方法：返回栈中的元素个数，也就是返回数组的长度

size() {
    return this.stackData.length
}

调用 size 方法

const stack = new Stack()
stack.push(9)
stack.push(4)
stack.size() // 2

6. 实现 isEmpty 方法

isEmpty 方法：查看当前栈中是否有值，是空返回 true

我们直接判断一下 length 就好了

isEmpty() {
    return !this.stackData.length
}

使用 isEmpty 方法

const stack = new Stack()
stack.push(9) 
stack.isEmpty()  // false  不为空

7. 实现 clear 方法

clear 方法：清空栈，也就是重置一下栈

clear() {
    this.stackData = []
}

8. 完整的栈结构

class Stack {
    constructor() {
        this.stackData = []
    }
    // 入栈
    push(element) {
        this.stackData.push(element)
    }
    // 出栈
    pop() {
        this.stackData.pop()
    }
    // 获取栈顶
    peek() {
        return this.stackData[this.stackData.length - 1]
    }
    // 检查是否为空
    isEmpty() {
        return !this.stackData.length
    }
    // 清空栈
    clear() {
        this.stackData = []
    }
    // 返回元素个数
    size() {
        return this.stackData.length
    }
}

四、LeetCode 实战

20. 有效的括号

给定一个只包括 ‘(’，’)’，’{’，’}’，’[’，’]’ 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：左括号必须用相同类型的右括号闭合。左括号必须以正确的顺序闭合。

这是一道很经典的题目，我们可以利用栈后进先出的特点来解题，因为我们需要左右括号匹配

• 当我们遇到左括号时，就把这个括号入栈
• 遇到右括号时，我们需要判断一下当前的栈顶是不是和这个括号匹配
• 如果匹配则说明符合，继续遍历，不匹配则直接返回 false
• 同时还有一种特殊情况，当输入的字符串 s 的长度是奇数时，不可能满足题意

因此我们可以编写代码

var isValid = function (s) {
    // 新建一个栈
    const stack = [];
    // 扫描字符串，遇到左括号入栈，遇到和栈顶括号类型匹配的右括号就出栈，类型不匹配直接 false
    for (let i = 0; i < s.length; i++) {
        // 如果为奇数直接弹出false
        if (s.length % 2 === 1) {
            return false
        }
        const c = s[i];
        // 遇到左括号push
        if (c === '(' || c === '{' || c === '[') {
            stack.push(c)
        } else {
            const t = stack[stack.length - 1]
            if (
                (t === '(' && c === ')')||
                (t === '[' && c === ']')||
                (t === '{' && c === '}')
            ) {
                stack.pop()
            } else {
                return false
            }

        };
    }
    return stack.length === 0
}

📖 总结

1. 利用数组封装了一个栈结构
2. 了解了栈结构的基本方法
3. 对数据结构有了进一步的了解

本文关于栈的内容就到这里结束了，相信你一定能从中学到很多东西。下一篇文章将带你探索队列的奥秘

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最后，可能在很多地方讲诉的不够清晰，请见谅

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