08 | 栈：如何实现浏览器的前进和后退功能？

栈

后进者先出，先进者后出，这就是典型的“栈”结构。栈是一种“操作受限”的线性表，只允许在一端插入和删除数据。

为什么要使用到“栈”这种操作受限的数据结构？

事实上，从功能上来说，数组或链表确实可以替代栈，但你要知道，特定的数据结构是对特定场景的抽象，而且，数组或链表暴露了太多的操作接口，操作上的确灵活自由，但使用时就比较不可控，自然也就更容易出错。

当某个数据集合只涉及在一端插入和删除数据，并且满足后进先出、先进后出的特性，这时我们就应该首选“栈”这种数据结构。

如何实现一个栈？

栈既可以用数组来实现，也可以用链表来实现。
用数组实现的栈，我们叫作顺序栈，
用链表实现的栈，我们叫作链式栈

顺序栈的实现：

// 基于数组实现的顺序栈
public class ArrayStack {private String[] items;  // 数组private int count;       // 栈中元素个数private int n;           //栈的大小// 初始化数组，申请一个大小为n的数组空间public ArrayStack(int n) {this.items = new String[n];this.n = n;this.count = 0;}// 入栈操作public boolean push(String item) {// 数组空间不够了，直接返回false，入栈失败。if (count == n) return false;// 将item放到下标为count的位置，并且count加一items[count] = item;++count;return true;}// 出栈操作public String pop() {// 栈为空，则直接返回nullif (count == 0) return null;// 返回下标为count-1的数组元素，并且栈中元素个数count减一String tmp = items[count-1];--count;return tmp;}
}

栈操作的复杂度分析

存储数据只需要一个大小为 n 的数组就够了。在入栈和出栈过程中，只需要一两个临时变量存储空间，所以空间复杂度是 O(1)；

入栈、出栈只涉及栈顶个别数据的操作，所以时间复杂度都是 O(1)；

如何实现动态扩容的顺序栈？

动态扩容的数组：当数组空间不够时，我们就重新申请一块更大的内存，将原来数组中数据统统拷贝过去。这样就实现了一个支持动态扩容的数组；要实现一个支持动态扩容的栈，我们只需要底层依赖一个支持动态扩容的数组就可以了。当栈满了之后，我们就申请一个更大的数组，将原来的数据搬移到新数组中

栈的应用

函数调用

操作系统给每个线程分配了一块独立的内存空间，这块内存被组织成“栈”这种结构, 用来存储函数调用时的临时变量。每进入一个函数，就会将临时变量作为一个栈帧入栈，当被调用函数执行完成，返回之后，将这个函数对应的栈帧出栈；

代码示例：


int main() {int a = 1; int ret = 0;int res = 0;ret = add(3, 5);res = a + ret;printf("%d", res);reuturn 0;
}int add(int x, int y) {int sum = 0;sum = x + y;return sum;
}

编译器通过栈实现求值表达式的求值

四则运算法则：34+13*9+44-12/3

编译器就是通过两个栈来实现的。其中一个保存操作数的栈，另一个是保存运算符的栈。我们从左向右遍历表达式，当遇到数字，我们就直接压入操作数栈；当遇到运算符，就与运算符栈的栈顶元素进行比较；如果比运算符栈顶元素的优先级高，就将当前运算符压入栈；如果比运算符栈顶元素的优先级低或者相同，从运算符栈中取栈顶运算符，从操作数栈的栈顶取 2 个操作数，然后进行计算，再把计算完的结果压入操作数栈，继续比较；