JS數據結構學習：棧

棧的定義

什麼是棧？棧是一種遵循後進先出原則的有序集合，新添加的或者待刪除的元素都保存在棧的同一端，稱爲棧頂，另一端稱爲棧底，在棧裏，新元素靠近棧頂，舊元素靠近棧底，用個圖來看大概這樣式的：

用一個更形象的例子來說明：上網的時候，每點擊一個超鏈接，瀏覽器都會打開一個新的頁面，並且壓入到一個訪問歷史棧中，你可以不斷的點擊打開新的頁面，但總是可以通過回退重新訪問以前的頁面，從瀏覽器的訪問歷史棧中彈出歷史網頁地址，從棧頂彈出，總是最新的最先彈出

棧的創建

首先創建一個類用來表示棧，接着聲明一個數組用來保存棧裏的元素：

function Stack() {
  let items = []
  // 方法聲明
}

創建好棧之後，需要爲棧聲明一些方法，棧一般會包含以下幾個方法：

• push(): 添加新元素到棧頂
• pop(): 移除棧頂的元素，同時返回被移除的元素
• peek(): 返回棧頂的元素，不對棧做任何修改
• isEmpty(): 如果棧裏沒有任何元素就返回true，否則返回false
• clear(): 移除棧裏的所有元素
• size(): 返回棧裏的元素個數

具體實現：

function Stack() {
  let items = []
  // 添加元素到棧頂，也就是棧的末尾
  this.push = function (element) {
    items.push(element)
  }
  // 棧的後進先出原則，從棧頂出棧
  this.pop = function () {
    return items.pop()
  }
  // 查看棧頂的元素，訪問數組最後一個元素
  this.peek = function () {
    return items[items.length - 1]
  }
  // 檢查棧是否爲空
  this.isEmpty = function () {
    return items.length == 0
  }
  // 返回棧的長度，棧的長度就是數組的長度
  this.size = function () {
    return items.length
  }
  // 清空棧 
  this.clear = function () {
    items = []
  }
  // 打印棧元素
  this.print = function () {
    console.log(items.toString())
  }
}

棧的使用

現在我們來看如何使用棧：

let stack = new Stack()
stack.push(1)
stack.push(2)
stack.push(3)
console.log(stack.peek()) // 3
console.log(stack.isEmpty()) // false
console.log(stack.size()) // 3

先向棧中加入三個元素1，2，3，接下來用一張圖來看一下入棧的過程：

入棧過程都是在棧頂依次入棧，接着調用peek方法返回棧頂元素3，isEmpty返回false，size返回棧的長度3，然後在繼續調用pop來看看出棧的過程：

stack.pop()
stack.print() // 1,2

出棧也是和入棧相同，都是從棧頂開始出棧，保證棧的後入先出原則

es6聲明Stack類

上面創建了一個Stack函數來充當類，並且在裏面聲明瞭一個私有變量，但是在es6裏面是有類的語法的，可以直接用es6新語法來聲明，代碼大概是這樣事的：

class Stack {
  constructor () {
    this.items = []
  }
  push (element) {
    this.items.push(element)
  }
  pop () {
    return this.items.pop()
  }
  peek () {
    return this.items[items.length - 1]
  }
  isEmpty () {
    return this.items.length == 0
  }
  size () {
    return this.items.length
  }
  clear () {
    this.items = []
  }
  print () {
    console.log(this.items.toString())
  }
}
let stack = new Stack()
stack.push(1)
console.log(stack.isEmpty())
stack.print()

看起來似乎不錯，比之前要簡單，關鍵是看起來更加合理，使用的是類的語法，調用也沒有什麼問題，但是如果這麼執行呢？

console.log(stack.items)

會發現一個問題，在stack類外面可以直接訪問類裏面的屬性，按照設計items應該是Stack類的私有屬性纔對，就像之前Stack函數裏面的私有變量，是不能在外部訪問的，如何才能將items變成私有屬性呢？應該會有和我一樣想法的人，使用閉包，在閉包裏面裏面定義私有屬性，然後再將stack類返回回來，代碼實現大概是這樣的：

let Stack = (function () {
  let items = new WeakMap()
  class Stack {
    constructor () {
      items.set(this, [])
    }
    push (element) {
      let s = items.get(this)
      s.push(element)
    }
    pop () {
      let s = items.get(this)
      return s.pop()
    }
    peek () {
      let s = items.get(this)
      return s[s.length - 1]
    }
    isEmpty () {
      let s = items.get(this)
      return s.length == 0
    }
    size () {
      let s = items.get(this)
      return s.length
    }
    clear () {
      let s = items.get(this)
      s = []
    }
    print () {
      let s = items.get(this)
      console.log(s.toString())
    }
  }
  return Stack
})()

可能有人會問爲什麼這裏要把items定義成一個WeakMap對象，先簡單介紹一下WeakMap對象的用法，WeakMap對象是一對鍵/值對的集合，其鍵必須是對象，值可以是任意的，定義成WeakMap就是爲了將items屬性變成私有屬性，在外部調用Stack對象的時候無法訪問到items屬性。

棧的應用

前面介紹了那麼多棧相關的知識，最後也是介紹棧的應用場景的時候了，棧的實際應用非常廣泛，例如用來存儲訪問過的任務或路徑、撤銷的操作。爲了有一個更直觀的應用瞭解，下面會介紹如何用來解決計算機中的進制轉換問題，將10進制轉換爲其他進制數，可能不少人已經忘了如何進行進制轉換了，下面先來看一個簡單的10進制轉2進制的過程:

上面的圖中展示將一個10進制8轉化爲2進制數的過程，接下來看看用棧是如何實現的：

function conver(num, radix) {
  let stack = new Stack()
  let binaryString = ''
  let digits = '0123456789ABCDEF'
  while (num > 0) {
    stack.push(num % radix)
    num = parseInt(num / radix)
  }
  while (!stack.isEmpty()) {
    binaryString += digits[stack.pop()]
  }
  console.log(binaryString)
}
conver(8, 2) // 1000

總結

這篇文章主要對棧做了簡單介紹，動手實踐了棧的實現，以及用棧實現了一個簡單進制轉換的功能。如果有錯誤或不嚴謹的地方，歡迎批評指正，如果喜歡，歡迎點贊。