《資料結構與演算法之美》- 棧

摘要： 棧，在這裡說的是一種資料結構。 你還可能知道的棧 提到“棧”，做Java的同學還會想起Java記憶體模型中的“棧”，與之緊密關聯的還有一個名詞——堆，但是這裡，此棧非彼棧。 引用《深入理解Java虛擬機器》中有關棧的介紹 經常有人把Java記憶體區分為堆記憶體（Heap）和棧記...

棧，在這裡說的是一種資料結構。

你還可能知道的棧

提到“棧”，做Java的同學還會想起Java記憶體模型中的“棧”，與之緊密關聯的還有一個名詞——堆，但是這裡，此棧非彼棧。

引用《深入理解Java虛擬機器》中有關棧的介紹

經常有人把Java記憶體區分為堆記憶體（Heap）和棧記憶體（Stack），這種分法比較粗糙，Java記憶體區域的劃分實際上遠比這複雜。這種劃分方式的流行只能說明大多數程式員最關注的、與物件記憶體分配關係最密切的記憶體區域是這兩塊。其中所指的“堆”筆者在後面專門講述，而所指的“棧”就是現在講的虛擬機器棧，或者說是虛擬機器棧中區域性變數部分。

區域性變量表存放了編譯可知的各種基本資料型別（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、物件引用（reference型別，它不等同於物件本身，可能是一個只想物件起始地址的引用指標，也可能是指向一個物件的控制代碼或其他與此物件相關的位置）和returnAddress型別（指向了一條位元組碼指令的地址）

說人話就是，Java記憶體結構中的一部分，執行緒私有，用來儲存指定的資料型別資料。

棧是什麼

棧是一種資料結構，它有自己的特點

• 它是一種線性表，同為線性表的還有之前說到的陣列和連結串列

• 它操作受限，具體表現在先進後出，後進先出，只能在一端進行資料的插入和刪除

基於以上兩點，大概就能勾勒出棧的模樣。

棧的應用

經常聽到有很多人抱怨說（也包括我~~~），如果知道這門課這麼重要，我當時拼死老命也要把它學好。

還記得當時看吳恩達的《machine learning》，在前幾節課裡展示瞭如何使用聚類演算法進行影象處理，如果使用增強學習演算法讓一個模型飛機飛起來

那麼，我們來看下棧有什麼應用

棧在表示式求值中的應用

給出一個表示式“3+5*8-6”，如果讓你算，想必難不倒你。

交給機器做，肯定也難不倒它，機器甚至可以做更加複雜的你做不到的運算。

但是機器底層是怎麼做的，如果不給定規則，它並不知道加減乘除是什麼，也不知道他們的優先順序順序。所以，這時候棧就排上了用場。

具體做法：

準備兩個棧，一個用來儲存需要運算的數字，一個用來儲存運算子號。

數字棧按照從左到右的順序入棧，符號棧也是如此，只是除此之外還多了一個規則限定。

當新入棧的符號優先順序比當前棧頂符號的優先順序高的時候，繼續入棧；當比棧頂符號優先順序低或者相同時，則取出當前棧頂符號，同時取出數字棧的運算元字進行運算，將運算後的結果壓棧，直至兩個棧元素全部彈出。

具體看專題中給出的過程圖

棧在括號匹配中的應用

給出一串“{(({[{{}}]}))}”，需要校驗這串表示式中是否能前後一一匹配。

沒錯，這個也可以利用棧的特性解決。

具體做法：

從左到右掃描表示式，對於左括號入棧，遇到右括號則取出當前棧頂元素，如果發現匹配，則取出棧頂元素繼續匹配。

當所有字串匹配完成，並且棧最後是空棧，說明字串可以正確匹配。

棧在瀏覽器前進後退中的應用

在瀏覽器中，我們可以通過前進後退回到自己想要的網頁。

這個功能也是可以通過棧來實現的，具體做法：

準備兩個棧，一個用於存放前進棧的網頁ID，一個用於存放後退棧的網頁ID。當需要前進的時候，從前進棧取出棧頂元素，並將該元素放入後退棧中；

當需要後退的時候，從後退棧取出棧頂元素，並將該元素放入前進棧中。

具體實現參見專案rome中的BackAndForwardUtil和BackAndForwardUtilDemo類

如何實現一個棧

採用連結串列介面實現一個棧結構

package com.jackie.algo.geek.time.chapter8_stack;

/**
 * @Author: Jackie
 */
public class Stack {
private Node top = null;

/**
* 壓棧
* @see com.jackie.algo.geek.time.chapter6_linkedlist.LinkedList 中的insertToHead方法和這裡的push思想類似
*
* |------|
* | node | 上移後的top在這個位置
* |------|
* |p| 一開始top在這裡，經過node.next = top綁定了node和p關係後，又通過top = node，則將top上移
* |------|
* |... |
* |------|
*
*/
public void push(int value) {
Node node = new Node(value, null);

if (top == null) {
top = node;
} else {
node.next = top;
top = node;
}
}
/**
* 出棧
*/
public int pop() {
if (top == null) {
return -1;
}
int value = top.value;
top = top.next;

return value;
}
public void printAll() {
Node p = top;
while (p != null) {
System.out.print(p.value + " ");
p = p.next;
}
System.out.println();
}
public static class Node {
private int value;

private Node next;

public Node(int value, Node next) {
this.value = value;
this.next = next;
}
}
}

具體參見專案 ofollow,noindex" target="_blank">rome