程序員，你應該知道的數據結構之棧

數據結構中的棧不要與 Java 中的棧混淆，他們倆不是一回事，數據結構中的棧是一種受限制的線性表，棧具有先進后出、后進先出的特點，因為棧只允許訪問最后一個數據項，即最后插入的數據項。也許你會有疑問，棧既然有這么多限制，為什么不用數組或者鏈表而使用棧？在開發中，我們有特定的場景，根據特定的場景去選用數據結構，棧的適用場景非常多，比如瀏覽器的前進與后退、字符串括號的合法性等，我們使用棧來實現就比較好，因為棧相對數組、鏈表來說對外提供的接口要少很多，接口少了，出錯的概率就減少了，對風險的可控性就提高了。

實現一個棧

從棧的定義中可以看出，棧主要有兩個操作，一個是新增一條數據，我們叫做入棧，另一個是獲取一條數據，稱為出棧，下面兩張圖是入棧出棧示意圖。

棧的實現有兩種方式，一種是基於數組實現的，我們叫作順序棧，另一種是基於鏈表實現的，我們叫作鏈式棧。下面是兩種棧的實現代碼

基於數組的順序棧

/**
 * 基於數組的順序棧
 */
public class ArrayStack {

    // 棧最大容量
    private int maxSzie;
    // 存放內容
    private String[] array;
    // 棧頂元素
    private int top;

    public ArrayStack(int size){
        this.maxSzie = size;
        this.array = new String[this.maxSzie];
        this.top = 0;
    }

    /**
     * 入棧操作
     *
     * @param data 數據
     * @return 0：入棧失敗 1：入棧成功
     */
    public int push(String data) {
        if (top == maxSzie) return 0;
        array[top] = data;
        top++;
        return 1;
    }

    /**
     * 出棧操作
     *
     * @return
     */
    public String pop() {
        if (top == 0) return null;
        return array[--top];
    }

    /**
     * 獲取棧頂元素
     *
     * @return
     */
    public String peek() {
        return array[top - 1];
    }
    /**
     * 判斷棧是否為空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return top == 0;
    }
}

基於鏈表的鏈式棧

/**
 * 基於鏈表的鏈式棧
 */
public class LinkStack {

    // 始終指向棧的第一個元素
    private Node top = null;


    /**
     * 壓棧
     *
     * @param data
     * @return
     */
    public int push(String data) {
        Node node = new Node(data);
        if (top == null) {
            top = node;
        } else {
            node.next = top;
            top = node;
        }
        return 1;
    }


    /**
     * 出棧
     *
     * @return
     */
    public String pop() {
        if (top == null) return null;
        String data = top.getData();
        top = top.next;
        return data;
    }

    /**
     * 節點信息
     */
    private static class Node {
        private String data;
        private Node next;

        public Node(String data) {
            this.data = data;
            this.next = null;
        }

        public String getData() {
            return this.data;
        }
    }
}

棧的實現比較簡單，因為棧涉及的操作不多，主要就入棧和出棧兩個操作。

棧的應用

檢測字符串括號的合法性

我們有時候需要檢測字符串括號的合法性，即一個左括號需要匹配一個右括號，這個我們可以使用棧來實現。我們可以從一個合法的括號來理解為什么使用棧？如果括號使用合法，最后一個左括號跟第一個右括號是匹配的，倒數第二個左括號和第二個右括號匹配的，以此類推，這符合我們棧的特性先進后出。

假設我們有三種括號：圓括號 ()、方括號 [] 和花括號{}，我們使用棧來檢測括號的合法性。我們將左括號全部壓棧，當出現右括號時，我們就進行匹配，這時候有如下三種情況：

• 棧為空，說明沒有左括號，括號使用不合法
• 棧中取出來的左括號跟右括號不匹配，括號使用不合法
• 棧中取出的左括號跟右括號匹配，括號使用暫時合法

當整個字符串都掃描完成后，檢測棧中是否還有值，如果棧為空，則說明括號使用合法，反正，則括號使用不合法。

實現代碼

public static boolean BracketChecker(String data) {
    char[] chars = data.toCharArray();
    ArrayStack stack = new ArrayStack(chars.length);
    for (char ch : chars) {
        switch (ch){
            case '{':
            case '[':
            case '(':
                stack.push(ch);
                break;
            case '}':
            case ']':
            case ')':
                if (!stack.isEmpty()){
                    char ch1 = stack.pop();
                    if ((ch=='}' && ch1 !='{')
                        ||(ch==']' && ch1 !='[')
                        ||(ch==')' && ch1 !='(')

                    ){
                        return false;
                    }
                }else {
                    return false;
                }

                break;
            default:
                break;
        }

    }
    return stack.isEmpty();
}

瀏覽器前進、后退功能

我們使用瀏覽器都知道，瀏覽器可以前進、后退功能，瀏覽器的前進后退也符合棧的特點，我們最先訪問的網頁肯定要最后才能倒回去。我們一起來看看棧怎么實現這個功能？

我們需要定義兩個棧，我們將首次訪問的頁面壓棧到第一個棧中，當點擊后退時，從第一個棧中取出數據放入到第二個棧，當點擊前進按鈕時，從第二個棧取出數據放入第一個棧。當第一個棧沒有數據時，說明沒有頁面可以點擊后退了，當第二個棧沒有數據時，說明沒有頁面可以點擊前進了。這樣我們就通過棧實現了瀏覽器前進、后退功能。

最后

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