JavaScript数据结构与算法——栈详解

1、栈基本知识

栈是一种特殊的列表，栈的元素只能通过列表的一端访问，这一端成为栈顶，栈具有先进后出的特点，要想访问栈底的元素，就必须将上边的元素先拿出来。对栈的操作主要是入栈和出栈，通过push()和pop()实现。通过pop()还能预览栈顶元素，但是返回元素时，会将该元素从栈中删除，所以需要引入peek()方法，返回栈顶元素，而不会将其删除。

2、JS中栈的实现

从栈的基本知识可以想到，要实现一个栈，需要有一个数据的存储空间（这里使用数组）、push()方法、pop()方法、peek()方法，使用top变量记录栈顶元素，以便peek()访问。

实现栈构造函数

function Stack() {
    this.stack = []
    this.top = 0
    this.pop = pop
    this.push = push
    this.peek = peek
    this.length = length // 用于返回栈元素数量
    this.clear = clear // 用于清空栈
}

push()

function push(param) {
    this.stack[this.top++] = param
}

栈被压进新元素后，top++，指向下一个空位置。

pop()

function pop() {
    return this.stack[--this.top]
}

这里为什么是--this.top而不是this.top-- 呢，因为top初始是0，一个元素压进栈后，top变成了1，而stack[1]对应的是第二个元素，此时只有一个元素，所以应该减1，以访问栈顶元素（逻辑为先减后访问）。

peek()

function peek() {
    return this.stack[this.top - 1]
}

此方法用于返回栈顶元素。

length()

function length() {
    return this.top
}

用于返回栈的元素个数。

clear()

function clear() {
    this.top = 0
}

此方法用于清空栈元素

测试实现的栈

测试用例

var stack = new Stack()
stack.push('JavaScript')
stack.push('TypeScript')
stack.push('ActionScript')
stack.push('CoffeeScript')
console.log('栈的元素数量为: ' + stack.length())
console.log('栈顶元素为: ' + stack.peek())
console.log('进行一次出栈操作,出栈的元素为: ' + stack.pop())
console.log('出栈后栈的元素数量为: ' + stack.length())
console.log('此时栈顶元素为: ' + stack.peek())

测试结果

打开命令行工具，使用node执行该js文件，本人为：node stack.js
运行结果为：
这里写图片描述

3、栈应用举例

3.1、回文问题

之前我们探讨过回文问题的解决办法，关于回文，不太清楚含义的可以先移步本人另这篇文章，简单点说就是一个字符串反转过来仍然是原来的字符顺序，比如：“A man, a plan, a canal: Panama”，忽略大小写，忽略标点符号。使用数据结合正则表达式的话，很容易解决。使用我们上边建立的栈，应该如何实现呢？

function isPalindrome(str) {
    // 新建一个栈
    var stack =  new Stack()
    // 使用正则表达式取出句子中的字母
    str = str.replace(/\W/g, '').toLowerCase();
    // 将所有字母入栈
    for (var i = 0; i < str.length; i++) {
        stack.push(str[i])
    }
    // 出栈操作, 拼接每次出栈的字母
    var reverse = ''
    while (stack.length() > 0) {
        reverse += stack.pop()
    }
    // 如果入栈顺序和出栈顺序一致, 则为回文结构
    if (str === reverse) {
        return true 
    } else {
        return false
    }
}

原理：栈为先进后出，进栈顺序和出栈顺序一致的话，两个字符串必定相等，也就是正反顺序相等，所以是回文结构，是不是有种恍然大悟的感觉，哈哈。

测试一下：

// test
var str = 'Hello, JavaScript'
if (isPalindrome(str)) {
    console.log(str + ' 是回文结构')
} else {
    console.log(str + '不是回文结构')
}

var str1 = 'A man, a plan, a canal: Panama'
if (isPalindrome(str1)) {
    console.log(str1 + ' 是回文结构')
} else {
    console.log(str1 + '不是回文结构')
}

node stack.js 得到以下结果，证明革命成功：
这里写图片描述

3.2、模拟递归

假设有个需求是求一个数字的阶乘，可能大家很快就能想到以下方法：

// 递归问题
function factorial(num) {
    if (num === 0) {
        return 1
    } else {
        return num * factorial(num - 1)
    }
}
console.log(factorial(6))

使用栈的话，我们能模拟实现吗？
5的阶乘为5x4x3x2x1，那么我们把54321都推进栈里，然后在出栈时计算阶乘应该就可以了吧？试试：

function stackFactorial(num) {
    var s = new Stack()
    while (num > 1) {
        s.push(num--)
    }
    var result = 1
    while (s.length() > 0) {
        result *= s.pop()
    }
    return result
}
console.log('stack result: ' + stackFactorial(6))

node stack.js 得到以下结果：
这里写图片描述
更多JS实现版数据结构与算法请留意本人后续博客，有错误欢迎指出O(∩_∩)O~