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如何用JavaScript手动实现一个栈

简介:
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什么是栈(Stack)

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  • 栈是一种遵从后进先出(LIFO)原则的有序集合。
  • 新添加的或待删除的元素都保存在栈的末尾,称为栈顶,另一端叫栈底。
  • 在栈里,新元素都靠近栈顶,旧元素都接近栈底

现实中的例子

在生活中也能发现很多栈的例子。例如,厨房里堆放的盘子,总是叠在上方的先被使用;输入框内容进行删除时,总是最后输入的先删除;弹夹中的子弹,越后装入的,越先发射......

手动实现一个栈

首先,创建一个类来表示栈


function Stack () { }

我们需要选择一种数据结构来保存栈里的元素,可以选择数组

function Stack(){
    var items = [];     //用来保存栈里的元素
}

接下来,为栈添加一些方法


push(element(s));   //添加新元素到栈顶
pop();              //移除栈顶的元素,同时返回被移除的元素
peek();             //返回栈顶的元素,不对栈做任何修改
isEmpty();          //如果栈里没有任何元素就返回true,否则false
clear();            //移除栈里的所有元素
size();             //返回栈里的元素个数,类似于数组的length属性

我们需要实现的第一个方法时push。用来往栈里添加新元素,有一点很重要:该方法只添加到栈顶,也就是栈的末尾。所以,可以这样写:

this.push = function (element) {
    items.push(element);
}

利用数组的push方法,就可以实现在栈顶末尾添加新的元素了。

接着,来实现pop方法,用来实现移除栈里的元素。栈遵从LIFO(后进先出)原则。移出去的是最后添加进去的元素。因此,可以使用数组的pop方法。


this.pop = function () {
    return items.pop();
}

这样一来,这个栈自然就遵从了LIFO原则

现在,再来为这个栈添额外的辅助方法。

如果想知道栈里最后添加的元素是什么,可以用peek方法。这个方法将返回栈顶的元素


this.peek = function () {
    return items[items.length-1];
}

因为类内部是用数组保存元素的,所以这里访问数组最后一个元素用length-1

下一个要实现的方法是isEmpty,如果栈为空的话,就返回true,否则返回false:


this.isEmpty = function () {
    return items.length == 0;
}

使用isEmpty方法,就能简单地判断栈内部是否为空。

类似于数组地length属性,我们也可以实现栈地length。


this.size = function () {
    return items.length;
}

因为栈地内部使用数组保存元素,所以数组地length就是栈的长度。

实现clear方法,clear方法用来清空栈中所有的元素。最简单的实现方法是:


this.clear = function () {
    items = [];
}

其实多次调用pop方法也可以,但是没有这个方法来的简单快捷。

最后,为了检查栈里的内容,还需要实现一个辅助方法:print。它会把栈里的元素都输出到控制台:


this.print = function () {
    console.log(items.toString());
}

至此,我们就完整地创建了一个!

栈的完整代码


function Stack(){

    var items = [];     //用来保存栈里的元素

    this.push = function (element) {
        items.push(element);
    }

    this.pop = function () {
        return items.pop();
    }

    this.peek = function () {
        return items[items.length-1];
    }

    this.isEmpty = function () {
        return items.length == 0;
    }

    this.size = function () {
        return items.length;
    }

    this.clear = function () {
        items = [];
    }

    this.print = function () {
        console.log(items.toString());
    }
}

使用Stack类

栈已经创建好了,我们来测试一下

首先,来初始化Stack类。然后,验证一下栈是否为空


var stack = new Stack();
console.log(stack.isEmpty());         //控制台输出true

接下来,往栈里面添加一下元素:

stack.push(5);
stack.push(8);

如果调用peek方法,很显然将会输出8,因为它是栈顶的元素:

console.log(stack.peek());            //控制台输出8

再添加一个元素:

stack.push(11);
console.log(stack.size());            //控制台输出3

我们往栈里又添加了11。如果调用size方法,输出为3,因为栈里有三个元素(5,8和11)。如果这时候调用isEmpty方法,会看到输出了false(因为此时栈不为空)。最后,再来往里面添加一个元素:

stack.push(15);

然后,调用两次pop方法从栈里移除两个元素:

stack.pop();
stack.pop();
console.log(stack.size());            //控制台输出2
stack.print();                        //控制台输出[5,8]

到这里,整个栈的功能测试完成。

用栈来解决问题

使用栈来完成进制转换。

现实生活中,我们主要用10进制,但在计算科学中,二进制非常重要,因为计算机里所有的内容都是用二进制数字0和1来表示的。大学的计算机课都会先教进制转换。以二进制为例:

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function divideBy2 (decNumber) {

    var remStack = new Stack(),
    rem,
    binaryString = '';

    while (decNumber>0) {  //{1}
        rem = Math.floor(decNumber % 2);  //{2}
        remStack.push(rem);  //{3}
        decNumber = Math.floor(decNumber / 2);  //{4}
    }

    while (!remStack.isEmpty()) {  //{5}
        binaryString += remStack.pop().toString();
    }

    return binaryString;
}

这段代码里,当结果满足和2做整除的条件时,(行{1}),我们会获得当前结果和2的余数,放到栈里(行{2}、{3})。然后让结果和2做整除(行{4})

注:JavaScript有数字类型,但是它不会区分时整数还是浮点数。因此,要使用Math.floor函数让除法的操作仅返回整数部分。

最后,用pop方法把栈中的元素都移除,把出栈的元素连接成字符串(行{5})。

测试一下:


console.log(divideBy2(520));      //输出1000001000
console.log(divideBy2(10));       //输出1010
console.log(divideBy2(1000));     //输出1111101000

接下来,可以很容易的修改上面的算法,使它能够把十进制转化为任何进制。除了让十进制数字和2整除转成二进制数,还可以传入其他任意进制的基数作为参数,就像下面的算法这样:

function baseConverter (decNumber, base) {

    var remStack = new Stack(),
    rem,
    baseString = '';
    digits = '0123456789ABCDEF';     //{6}

    while (decNumber>0) {  
        rem = Math.floor(decNumber % base);
        remStack.push(rem);  //{3}
        decNumber = Math.floor(decNumber / base);
    }

    while (!remStack.isEmpty()) {
        baseString += digits[remStack.pop()];  //{7}
    }

    return baseString;
}

在将十进制转成二进制时,余数是0或1;在将十进制转成八进制时,余数时0-8之间的数;但是将十进制转成十六进制时,余数时0-9之间的数字加上A、B、C、D、E、F(对应10、11、12、13、14和15)。因此,需要对栈中的数字做个转化才可以(行{6}、{7})。

来测试一下输出结果:


console.log(baseConverter(1231,2));      //输出10011001111
console.log(baseConverter(1231,8));      //输出2317
console.log(baseConverter(1231,16));     //输出4CF

显然是正确的。

小结

我们用js代码自己实现了栈。并且通过进制转换的例子来实际应用了它。栈的应用实例还有很多,比如平衡圆括号汉诺塔。感兴趣可以自行百度去了解

原文链接:行无忌的成长小屋:如何用JavaScript手动实现一个栈



原文发布时间为:2018年05月26日
原文作者:行无忌

本文来源: 掘金 如需转载请联系原作者




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