前言
栈作为一种数据结构，它可以应用在很多地方，当你需要经常获取刚存放进去的数据时，那么栈这种数据结构将是你的首选。 栈的实现方式一般有两种：数组实现和对象实现，这两种实现方式最终实现的功能都是一样的，但是在性能上却有着很大的差别。 本文将详细讲解这两种实现方式的差异并用TypeScript将其实现，欢迎各位感兴趣的开发者阅读本文。
数组实现栈
本文讲解的是栈用代码的实现，如果对栈这种数据结构还不是很了解的话，可以移步我的另一篇文章：栈与队列
实现思路
栈的核心思想为后进先出(LIFO)，那么我们可以用数组来描述栈。 接下来，我们来看下，一个栈都需要具备哪些功能：
- 入栈，添加一个新元素至栈顶（数组的末尾）。
- 出栈，将栈顶的元素移除并返回被移除的元素。
- 获取栈顶元素，获取当前栈顶元素返回。
- 判断栈是否为空，判断栈（数组）内是否有数据。
- 清空栈，移除栈内所有的元素。
- 获取栈大小，返回栈里的元素个数。
- 输出栈内数据，将栈中的所有元素以字符串的形式返回。
我们分析完栈都需要具备哪些功能后，发现数组中提供了很多现成的API可以实现上述功能，接下来，跟大家分享下上述功能的实现思路。
- 入栈(push)，可以使用数组的push方法直接往数组的末尾添加元素。
- 出栈(pop)，可以使用数组的pop方法直接移除栈中的元素，该方法会返回当前被移除的元素。
- 栈顶元素(peek)，可以通过数组的长度-1获取到数组中的最后一个元素。
- 栈是否为空(isEmpty)，可以通过判断数组的长度是否为0来实现。
- 清空栈(clear)，可以将数组直接赋值为空或者调用出栈方法直至栈中的数据为空。
- 栈大小(size)，可以返回数组的长度。
- 输出栈内数据，可以调用数组的toString方法将数组转换为字符串。
实现代码
有了实现思路后，我们就可以将上述实现思路转换为代码了。
- 新建一个Stack.ts文件
- 定义栈并规定其类型
private items: any[];
- 在构造器中初始化栈
constructor() {
this.items = [];
}
- 根据实现思路实现栈中的函数
// 入栈
push(item:any) {
this.items.push(item);
}
// 出栈
pop() {
return this.items.pop();
}
// 返回栈顶元素
peek() {
return this.items[this.items.length - 1];
}
// 判断栈是否为空
isEmpty() {
return this.items.length === 0;
}
// 清空栈栈内元素
clear() {
this.items = [];
}
// 获取栈内元素数量
size():number{
return this.items.length;
}
// 将栈内元素转为字符串
toString(){
return this.items.toString();
}
完整代码请移步：Stack.ts
编写测试代码
上述代码我们实现了一个栈，接下来我们往栈中添加几条数据，测试栈内的方法是否正确执行。
- 新建一个StackTest.js文件
- 实例化一个栈
const stack = new Stack();
- 测试栈内方法是否正确执行
// 入栈
stack.push("第一条数据");
stack.push("第二条数据");
// 出栈
stack.pop();
// 返回栈顶元素
console.log(stack.peek());
// 查看栈大小
console.log(stack.size());
// 判断栈是否为空
console.log(stack.isEmpty());
// 返回栈内所有元素
console.log(stack.toString())
// 清空栈
stack.clear()
完整代码请移步：StackTest.js 执行结果如下
对象实现栈
实现一个栈最简单的方式是通过数组存储每一个元素。在处理大量数据时，我们需要评估如何操作数据是最高效的。 在使用数组时，大部分方法的时间复杂度都为O(n),我们需要迭代整个数组直至找到目标元素，在最坏的情况下我们需要迭代数组的每一个位置。数组是元素的一个有序集合，为了保证元素排列有序，它会占用更多的内存空间。 如果我们可以直接获取元素，占用更少的内存空间，并且仍然保证所有元素都按照我们的需要进行排列，就属于最优解决方案了。
实现代码
我们可以使用一个对象来存储所有的栈元素，保证它们的顺序并且遵循LIFO原则。接下来我们来看看如何使用对象来实现栈。
- 新建一个ObjStack.ts文件
- 定义栈对象结构
interface StackObj {
[propName: number] : any;
}
- 定义栈并规定其类型，count用于记录栈的大小。
private items: StackObj;
private count: number;
- 在构造器中初始化栈相关变量
this.items = {};
this.count = 0;
- 入栈，当前栈的大小为新元素的key。
push(item: any) {
this.items[this.count] = item;
this.count ;
}
- 出栈，当前栈大小-1，取出栈顶元素，删除栈顶元素，返回取出的栈顶元素
pop() {
if(this.isEmpty()){
return undefined;
}
this.count--;
const result = this.items[this.count];
delete this.items[this.count];
console.log(this.items);
return result;
}
- 返回栈顶元素，以当前栈大小-1为key获取其对应的value值。
peek() {
if(this.isEmpty()){
return undefined;
}
return this.items[this.count - 1];
}
- 判断栈是否为空，清空栈内元素，获取栈内元素数量
// 判断栈是否为空
isEmpty() {
return this.count === 0;
}
// 清空栈内元素
clear() {
this.items = [];
this.count = 0;
}
// 获取栈内元素数量
size():number{
return this.count;
}
- 将栈内元素转为字符串，遍历当前栈对象中的数据，将栈中的数据用逗号拼接并返回。
toString(){
if (this.isEmpty()){
return "";
}
let objString = `${this.items[0]}`;
for (let i = 1; i < this.count; i ){
objString = `${objString},${this.items[i]}`
}
return objString;
}
完整代码请移步：ObjStack.ts
编写测试代码
上述代码我们用对象实现了一个栈，接下来我们往栈中添加几条数据，测试栈内的方法是否正确执行。
- 新建一个StackObjTest.js文件
- 实例化一个栈
const stack = new ObjStack();
- 测试栈内方法是否正确执行
// 入栈
stack.push("第一条数据");
stack.push("第二条数据");
// 出栈
stack.pop();
// 返回栈顶元素
console.log(stack.peek());
// 查看栈大小
console.log(stack.size());
// 判断栈是否为空
console.log(stack.isEmpty());
// 返回栈内所有元素
console.log(stack.toString())
// 清空栈
stack.clear()
完整代码请移步：StackObjTest.js 执行结果如下
二者的区别
数组大部分方法的时间复杂度都为O(n)，数组中的元素是一个有序集合，为了保证元素排列有序，它会占用更多的内存空间。 对象可以通过key直接访问到目标元素时间复杂度为O(1)，我们可以直接目标元素进行操作，速度明显比数组快了很多倍。 接下来，我们通过一个实例来看看这两者在执行速度上的差异。
十进制转二进制
把十进制转为二进制，需要将该十进制除以2并对商取整，直到结果是0为止。
- 声明一个函数参数为一个十进制数
const decimalToBinaryStack = function (decNumber) {
}
- 函数内部声明一个变量，用于接收当前传进来的参数进行除法运算后得到的值。
// 传进来的十进制数
let number = decNumber;
- 函数内部实例化一个栈，用于保存模运算后得出的值。
- 函数内部声明两个变量，用户保存当前模运算的值和最终生成的二进制字符串
// 余数
let rem;
// 二进制结果
let binaryString = "";
- while循环，判断当前参数进行除法运算后得到的值是否为0，如果不为0就对当前结果进行模运算，将模运算得到的值入栈，对当前结果进行除法运算，直至当前结果为0。
while (number > 0) {
// 模运算
rem = Math.floor(number % 2);
// 将余数入栈
stack.push(rem);
// 当前十进制结果除以二
number = Math.floor(number / 2);
}
- while循环，将栈中的数据取出拼接到二进制结果字符串中去
while (!stack.isEmpty()) {
binaryString = stack.pop().toString();
}
- 返回二进制结果字符串
return binaryString;
完整代码请移步：Examples.js
实现代码如上所述，唯一不同的就是一个使用的是对象栈一个使用的数组栈，接下来我们来看下不同栈的运行时间差距。
