重读《学习JavaScript数据结构与算法

重读《学习JavaScript数据结构与算法

定场诗

金山竹影几千秋，云索高飞水自流；
万里长江飘玉带，一轮银月滚金球。
远自湖北三千里，近到江南十六州；
美景一时观不透，天缘有分画中游。

前言

本章是重读《学习JavaScript数据结构与算法-第三版》的系列文章，本章为各位小伙伴分享数据结构-栈的故事，请让胡哥带你走进栈的世界

栈

何为栈？栈是一种遵从后进先出（LIFO）原则的有序集合。

新添加或待删除的元素都保存在栈的同一端，称作栈顶；另一端就叫栈底。

在栈里，新元素都靠近栈顶，旧元素都接近栈底。

基于数组的栈

我们将创建一个基于数组的栈，了解栈的结构、运行规则

/*** 基于数组array的栈Stack* @author huxiaoshuai*/
class Stack {// 初始化constructor () {this.items = []}
}

使用数组保存栈里的元素

数组允许我们在任何位置添加和删除元素，那基于栈遵循LIFO原则，我们对元素的插入和删除功能进行封装

代码实现

class Stack {// 初始化constructor () {this.items = []}/*** push() 添加元素到栈顶*/ push (element) {this.items.push(element)}/*** pop() 移除栈顶元素并返回*/pop () {return this.items.pop()}/*** peek() 返回栈顶部元素*/peek () {return this.items[this.items.length - 1]}/**** isEmpty() 检测栈是否为空*/isEmpty () {return this.items.length === 0}/*** size() 返回栈的长度*/size () {return this.items.length}/*** clear() 清空栈元素*/clear () {this.items = []}
}

使用Stack类

const stack = new Stack()console.log(stack.isEmpty()) // true// 添加元素
stack.push(5)
stack.push(8)// 输出元素
console.log(stack.peek()) // 8stack.push(11)
console.log(stack.size()) // 3
console.log(stack.isEmpty()) // falsestack.push(15)

基于以上栈操作的示意图

stack.pop()
stack.pop()
console.log(stack.size()) // 2

基于以上栈操作的示意图

基于对象的栈

创建一个Stack类最简单的方式是使用一个数组来存储元素。在处理大量数据的时候，我们同样需要评估如何操作数据是最高效的。

使用数组时，大部分方法的时间复杂度是O(n)。简单理解：O(n)的意思为我们需要迭代整个数组直到找到要找的那个元素，在最坏的情况下需要迭代数组的所有位置，其中的n代表数组的长度。数组越长，所需时间会更长。另外，数组是元素的一个有序集合，为保证元素的有序排列，会占用更多的内存空间。

使用JavaScript对象来存储所有的栈元素，以实现可以直接获取元素，同时占用较少的内存空间，同时保证所有的元素按照我们的需要进行排列，遵循后进先出（LIFO）原则。

代码实现

/*** 基于对象的Stack类* @author huxiaoshai*/
class Stack {// 初始化constructor () {this.items = {}unt = 0}/*** push() 向栈中添加元素*/push (element) {this.unt] = unt++}/*** isEmpty() 判断是否为空*/isEmpty () {unt === 0}/*** size() 返回栈的长度*/size () {unt}/*** pop() 栈顶移除元素并返回*/pop () {if (this.isEmpty()) {return unt--let result = this.unt]delete this.unt]return result}/*** peek() 返回栈顶元素，如果为空则返回undefined*/peek () {if (this.isEmpty()) {return undefined}return this.unt - 1]}/*** clear() 清空栈数据*/clear () {this.items = {}unt = 0}/*** toString() 实现类似于数组结构打印栈内容*/toString () {if (this.isEmpty()) {return ''}let objStr = `${this.items[0]}`for (let i = 1; i < unt; i++) {objStr = `${objStr},${this.items[i]}`}return objStr}
}

保护数据结构内部元素

私有属性

有时候我们需要创建供其他开发者使用的数据结构和对象时，我们希望保存内部元素，只有使用允许的方法才能修改内部结构。很不幸，目前JS是没有办法直接声明私有属性的，目前业内主要使用一下几种方式实现私有属性。

1. 下划线命名约定

    class Stack {constructor () {this._items = {}this._count = 0}}

这只是约定，一种规范，并不能实际保护数据

1. 基于ES6的限定作用域Symbol实现类

    const _items = Symbol('stackItems')class Stack {constructor () {this[_items] = []}}

假的私有属性，ES6新增的OwnPropertySymbols方法能够获取类里面声明的所有Symbols属性

1. 基于ES6的WeakMap实现类

    /*** 使用WeekMap实现类的私有属性*/const items = new WeakMap()console.log(items) // WeakMap { [items unknown] }class Stack {constructor () {items.set(this, [])}push (element) {const s = (this)s.push(element)}pop () {const s = (this)const r = s.pop()return r}toString () {const s = (this)String()}}const stack = new Stack()stack.push(1)stack.push(2)stack.push(3)console.String()) // 1,2,3console.log(stack.items) // undefined

使用该方式，items是Stack类里的私有属性，但是此种方式代码的可读性不强，而且在扩展该类时无法继承私有属性。

1. ECMAScript类属性提案

    > 有一个关于JavaScript类中增加私有属性的提案。通过在属性前添加井号(#)作为前缀来声明私有属性。

  class Stack {#count = 0#items = []}

使用栈来解决问题

栈的实际应用非常广泛。在回溯问题中，它可以存储访问过的任务或路径、撤销的操作（后续会在讨论图和回溯问题时进一步详细讲解）。栈的使用场景有很多，如汉诺塔问题、平衡圆括号、计算机科学问题：十进制转二进制问题

/*** decimalToBinary() 实现十进制转二进制的算法*/ 
function decimalToBinary (decNumber) {// 实例化栈数据结构const remStack = new Stack()let number = decNumberlet rem;let binaryString = ''// 依次将获取的二进制数压入栈中while (number > 0) {rem = Math.floor(number % 2)remStack.push(rem)number = Math.floor(number / 2)}// 拼接要输出的二进制字符串while (!remStack.isEmpty()) {binaryString += remStack.pop().toString()}return binaryString
}console.log(decimalToBinary(10)) // 1010
console.log(decimalToBinary(23)) // 10111

后记

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