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Go 数据结构和算法篇(二):栈

从逻辑角度来说,数组链表都是线性结构(就是排成一条线的结构,只有前后两个方向,非线性结构包括树、图等,后面会讲到),从存储角度来说,一个是顺序存储,一个是链式存储,各有利弊。

数组需要预先申请连续内存,超出限制会溢出,但是对明确知道规模的小型数据集而言,使用数组会更加高效,随机访问的特性也更加方便数组读取,但插入和删除性能要差一些;链表的话没有空间限制,但是需要额外空间存储指针,插入、删除效率很高,但不支持随机访问。

接下来我们要介绍两种特殊的线性结构,或者说用于满足特定场景需求的线性结构:栈和队列。

首先来看栈。

栈的概念

栈(Stack)又叫堆栈,是限定只能在一端进行插入和删除操作的线性表,并且满足后进先出(LIFO)的特点,即最后插入的最先被读取。我们把允许插入和删除的一端叫做栈顶,另一个端叫做栈底,不含任何数据的栈叫做空栈。

栈的概念比较简单,理解起来也不复杂,下面给出一个图示,帮助你形象了解栈的操作流程:

堆栈图示

我们将插入操作叫做进栈,读取(删除)操作叫做出栈。

栈的实现

栈支持通过数组或链表实现,通过数组实现的通常叫做顺序栈,通过链表实现的叫做链栈。通过链表实现没有空间限制,并且插入和删除元素的效率更高,显然更加合适一些,下面我们基于 Go 语言来实现一个简单的链栈。

链栈本质上就是一个特殊的链表,特殊之处在于只能从头部插入节点,然后从头部读取(并删除)节点,因此实现起来非常简单,我们为这个栈提供了进栈、出栈和遍历功能:

package main

import (
    "fmt"
)

// 定义链表节点
type Node struct {
    Value int
    Next  *Node
}

// 初始化栈结构(空栈)
var size = 0
var stack = new(Node)

// 进栈
func Push(v int) bool {
    // 空栈的话直接将值放入头节点即可
    if stack == nil {
        stack = &Node{v, nil}
        size = 1
        return true
    }

    // 否则将插入节点作为栈的头节点
    temp := &Node{v, nil}
    temp.Next = stack
    stack = temp
    size++
    return true
}

// 出栈
func Pop(t *Node) (int, bool) {
    // 空栈
    if size == 0 {
        return 0, false
    }

    // 只有一个节点
    if size == 1 {
        size = 0
        stack = nil
        return t.Value, true
    }

    // 将栈的头节点指针指向下一个节点,并返回之前的头节点数据
    stack = stack.Next
    size--
    return t.Value, true
}

// 遍历(不删除任何节点,只读取值)
func traverse(t *Node) {
    if size == 0 {
        fmt.Println("空栈!")
        return
    }

    for t != nil {
        fmt.Printf("%d -> ", t.Value)
        t = t.Next
    }
    fmt.Println()
}

func main() {
    stack = nil
    // 读取空栈
    v, b := Pop(stack)
    if b {
        fmt.Print(v, " ")
    } else {
        fmt.Println("Pop() 失败!")
    }

    // 进栈
    Push(100)
    // 遍历栈
    traverse(stack)
    // 再次进栈
    Push(200)
    // 再次遍历栈
    traverse(stack)

    // 批量进栈
    for i := 0; i < 10; i++ {
        Push(i)
    }

    // 批量出栈
    for i := 0; i < 15; i++ {
        v, b := Pop(stack)
        if b {
            fmt.Print(v, " ")
        } else {
            // 如果已经是空栈,则退出循环
            break
        }
    }

    fmt.Println()
    // 再次遍历栈
    traverse(stack)
}

运行上述代码,打印结果如下:

-w687

感兴趣的同学可以自行通过 Go 语言的数组/切片实现一个顺序栈。

栈的使用场景

栈在日常开发和软件使用中,应用非常广泛,比如我们的浏览器前进、倒退功能,编辑器/IDE 中的撤销、取消撤销功能,程序代码中的函数调用、递归、四则运算等等,都是基于栈这种数据结构来实现的,就连著名的 stackoverflow 网站也是取栈溢出,需要求教之意。

太烂了有点差凑活看还不错太棒了 (4 人打了分, 平均分: 5.00)
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