栈类似于数组,但是限制了存取操作的灵活性。栈只允许使用者从栈顶**压入(push)元素;从栈顶弹出(pop)**元素;**取得(peek)**栈顶元素,但不弹出。
这样的限制有什么意义呢?在很多算法的实现中,你可能需要将某些对象放到一个临时的列表中,之后再将其取出。通常加入和取出元素的顺序非常重要。
栈可以保证元素存入和取出的顺序是后进先出(last-in first-out, LIFO)的。栈中弹出的元素总是你最后放进去的那个。另外一个非常类似的数据结构是队列,它是一个先进先出(first-in, first-out, FIFO)的结构。
举例来说,我们先将一个数字压入栈中:
stack.push(10)
栈现在是 [10]
。压入下一个数字:
stack.push(3)
栈现在是 [10, 3]
。再压入一个数字:
stack.push(57)
栈现在是 [10, 3, 57]
。现在把栈顶的数字弹出来:
stack.pop()
这行代码返回 57
,因为它是我们最后压入的元素。现在栈又变成了 [10, 3]
。
stack.pop()
这行代码返回 3
,以此类推。如果栈空了,弹栈操作将返回 nil
,在有些实现中,会触发一个 stack underflow
错误消息。
栈在 Swift 中的实现非常容易。只需要包装一下自带的数组,将存取功能限制为 pop、push 和 peek 即可。
public struct Stack<T> {
private var array = [T]()
public var isEmpty: Bool {
return array.isEmpty
}
public var count: Int {
return array.count
}
public mutating func push(element: T) {
array.append(element)
}
public mutating func pop() -> T? {
if isEmpty {
return nil
} else {
return array.removeLast()
}
}
public func peek() -> T? {
return array.last
}
}
注意到,压栈操作是将新元素压入数组的尾部,而不是头部。在数组的头部插入元素是一个很耗时的操作,它的时间复杂度为 O(n),因为需要将现有元素往后移位为新元素腾出空间。而在尾部插入元素的时间复杂度为 O(1);无论数组有多少元素,这个操作所消耗的时间都是一个常量。
关于栈的有趣知识:每次你调用函数或方法,CPU 都会将函数返回地址压入到运行栈中。当这个函数执行结束的时候,CPU 将返回地址从栈中取出,并据此返回到函数被调用的位置。所以,如果不断地调用太多的函数(例如死递归函数),就会得到一个所谓的“栈溢出(stack overflow)” 错误,因为 CPU 运行栈没有空间了。
作者:Matthijs Hollemans;译者:KSCO