資料結構這詞大家都不陌生吧，這可是計算機專業人員的必修課專業之一，如果想成為專業的開發人員，必須深入理解這門課程，在這系列文章裡，筆者將使用ES6，讓大家熟悉資料結構這門專業課的內容。
到底什麼是資料結構？資料結構是計算機儲存、組織資料的方式。資料結構是指相互之間存在一種或多種特定關係的資料元素的集合。通常情況下，精心選擇的資料結構可以帶來更高的執行或者儲存效率。資料結構往往同高效的檢索演算法和索引技術有關（來源百度百科）。更多關於資料結構的介紹，大家可以先看看筆者的這篇文章《JavaScript 資料結構：什麼是資料結構？》。
本篇文章筆者將從資料結構最基礎的結構開始介紹——stack（棧），筆者將從以下幾個方面進行介紹：
- 什麼是棧？
- 如何用JS簡單的實現棧？
- 建立更高效的基於物件Stack類
- 實際應用舉例
- 練習題
本篇文章閱讀時間預計10分鐘。
什麼是棧?
棧是一種高效的資料結構（後進先出（LIFO）原則的有序集合），因為資料只能在棧頂新增或刪除，所以這樣的操作很快，而且容易實現。棧的使用遍佈程式語言實現的方方面面。程式語言中的編譯器也會使用到堆疊，計算機記憶體也會使用堆疊來儲存變數和方法呼叫，瀏覽器的後退功能。除了計算機方面有諸多棧的應用，現實中也有實際例子，比如我們從一摞書中拿一本書，吃自助餐從一摞盤子裡拿最上面的盤子，等等：
如何用JS簡單的實現棧？
我們如何使用JS模擬一個簡單的棧呢，首先我們建立一個stack-array.js檔案，宣告一個StackArray類，程式碼如下：
class StackArray {
constructor() {
this.items = []; // {1}
}
}複製程式碼接下來該怎麼做？我們需要一個能夠儲存堆疊元素的資料結構，我們可以使用陣列結構來完成，同時還需要我們在堆疊中新增和移除資料元素，由於堆疊後進先出的原則，我們的新增和刪除方法稍微特別些，Stack這個類的實現包含以下幾個方法：
- push(element(s)): 此方法將新新增的元素新增至堆疊的頂部
- pop():此方法刪除棧頂的元素，同時返回已刪除的元素
- peek(): 返回堆疊的頂部元素
- isEmpty(): 判斷堆疊是否為空，如果為空，返回True, 否則返回False。
- clear(): 清空堆疊所有的元素。
- size(): 此方法返回堆疊元素的數量，類似陣列的長度。
- toArray(): 以陣列的形式返回堆疊的元素。
- toString()：以字串的形式輸出堆疊內容。
push()
此方法負責向堆疊新增新元素，其中最重要的特點就是：只能將新元素新增到棧頂，即堆疊的末尾，我們可以使用陣列的push方法正好符合這個需求，程式碼如下：
push(element) {
this.items.push(element);
} 複製程式碼pop()
接下來我們來實現pop()方法，此方法實現刪除棧頂的元素，由於遵循LIFO原則，刪除的是最後的元素，我們可以使用陣列自帶的pop方法，程式碼如下：
pop() {
return this.items.pop();
} 複製程式碼peek()、isEmpty()、size()、clear()
核心的新增和刪除已經完成，現在我們來實現相關的輔助方法， peek()方法讓我們獲取堆疊最後的一個元素，實現程式碼如下：
peek() {
return this.items[this.items.length - 1];
} 複製程式碼isEmpty()的方法也十分簡單，判斷堆疊陣列的長度是否為0即可，程式碼如下：
isEmpty() {
return this.items.length === 0;
} 複製程式碼size()方法更簡單，使用陣列的length方法即可，程式碼如下
size() {
return this.items.length;
} 複製程式碼最後實現最簡單的清空方法clear()，將堆疊變數重新置空賦值即可：
clear() {
this.items = [];
}複製程式碼最終完成的stack-array.js程式碼如下：
export default class StackArray {
constructor() {
this.items = [];
}
push(element) {
this.items.push(element);
}
pop() {
return this.items.pop();
}
peek() {
return this.items[this.items.length - 1];
}
isEmpty() {
return this.items.length === 0;
}
size() {
return this.items.length;
}
clear() {
this.items = [];
}
toArray() {
return this.items;
}
toString() {
return this.items.toString();
}
}複製程式碼接下來我們建立一個stackdemo.js的檔案，引入我們的stack-array.js檔案，我們一起來實踐下如何使用我們建立好的StackArray類，程式碼如下：
import StackArray from 'stack-array.js';
const stack = new StackArray();
console.log('stack.isEmpty() => ', stack.isEmpty()); // outputs true
stack.push(5);
stack.push(8);
console.log('stack after push 5 and 8 => ', stack.toString());
console.log('stack.peek() => ', stack.peek()); // outputs 8
stack.push(11);
console.log('stack.size() after push 11 => ', stack.size()); // outputs 3
console.log('stack.isEmpty() => ', stack.isEmpty()); // outputs false
stack.push(15);
stack.pop();
stack.pop();
console.log('stack.size() after push 15 and pop twice => ', stack.size()); // outputs 2複製程式碼我們可以新建一個stackdemo.html，引入stackdemo.js(<script type="module" src="stackdemo.js"></script>)，開啟stackdemo.html即可，堆疊的執行示意如下圖所示：
執行push()方法後的效果：
執行pop()方法後的效果：
建立更高效的基於物件Stack類
上一小節我們基於陣列快速實現了棧，我們清楚陣列是有序陣列，如果儲存大資料，內容過多的話，長度過大的話，會消耗更多的計算機記憶體，演算法的複雜度就會增加（O(n)，後面的文章將會介紹），為了解決這個問題，我們使用更原始的方法進行實現。首先我們在stack.js檔案裡宣告stack類，程式碼如下：
class Stack {
constructor() {
this.count = 0;
this.items = {};
}
// methods
} 複製程式碼push()
在JS中，物件是一組鍵值對，我們可以將使用count變數作為items物件的鍵，元素是其值，添完新元素後，count變數加1，程式碼實現如下：
push(element) {
this.items[this.count] = element;
this.count++;
}複製程式碼比如我們可以向空的棧裡新增新元素5和8，程式碼如下：
const stack = new Stack();
stack.push(5);
stack.push(8);複製程式碼如果輸出Stack物件的items和count，效果如下：
items = {
0: 5,
1: 8
};
count = 2;複製程式碼isEmpty()
判斷棧是否空，我們只需要判斷count變數是否為0即可，程式碼如下：
isEmpty() {
return this.count === 0;
}複製程式碼pop()
改寫這個方法，我們首先需要驗證堆疊是否為空，如果未空返回undefined，如果不為空，我們將變數count的值減1，同時刪除對應的屬性，程式碼如下：
pop() {
if (this.isEmpty()) {
return undefined;
}
this.count--;
const result = this.items[this.count];
delete this.items[this.count];
return result;
}複製程式碼接下來我們改寫其他的方法，完整程式碼如下：
export default class Stack {
constructor() {
this.count = 0;
this.items = {};
}
push(element) {
this.items[this.count] = element;
this.count++;
}
pop() {
if (this.isEmpty()) {
return undefined;
}
this.count--;
const result = this.items[this.count];
delete this.items[this.count];
return result;
}
peek() {
if (this.isEmpty()) {
return undefined;
}
return this.items[this.count - 1];
}
isEmpty() {
return this.count === 0;
}
size() {
return this.count;
}
clear() {
/* while (!this.isEmpty()) {
this.pop();
} */
this.items = {};
this.count = 0;
}
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;
}
}複製程式碼雖然我們類完成了，大家是不是覺得有點問題，由於我們建立的類的屬性對於任何開發人員都是公開的，我們希望只能在棧頂新增元素，不希望在其他位置新增元素，但是我們在Stack類中宣告的items和count屬性不受保護，這是JS的規則問題，難道我們沒有辦法改變了嗎？答案是可以，我們可以ES6加入的新型別Symbol資料型別作為物件的屬性具有私有性的特點（關於Symbol資料型別，筆者的這篇文章有過介紹《【ES6基礎】Symbol介紹：獨一無二的值》），改寫基於stack-array.js版本的程式碼，程式碼如下：
const _items = Symbol('stackItems');
class Stack {
constructor() {
this[_items] = [];
}
push(element) {
this[_items].push(element);
}
pop() {
return this[_items].pop();
}
peek() {
return this[_items][this[_items].length - 1];
}
isEmpty() {
return this[_items].length === 0;
}
size() {
return this[_items].length;
}
clear() {
this[_items] = [];
}
print() {
console.log(this.toString());
}
toString() {
return this[_items].toString();
}
}
const stack = new Stack();
const objectSymbols = Object.getOwnPropertySymbols(stack);
console.log(objectSymbols.length); // 1
console.log(objectSymbols); // [Symbol()]
console.log(objectSymbols[0]); // Symbol()
stack[objectSymbols[0]].push(1);
stack.print(); // 5, 8, 1複製程式碼實際應用舉例
堆疊在實際的問題中有著各種各樣的運用，比如我們會經常使用各種軟體的撤銷操作功能，尤其是Java和C#程式語言使用堆疊來變數儲存和方法呼叫，並且可以丟擲堆疊溢位異常，尤其是在使用遞迴演算法時。接下來，我們親自動手實現個10進位制轉2進位制的功能。
我們已經熟悉十進位制。 然而，二進位制表示在電腦科學中非常重要，因為計算機中的所有內容都由二進位制數字（0和1）表示。 如果沒有在十進位制和二進位制數之間來回轉換的能力，與計算機進行通訊將會十分困難。要將10進位制轉換成2進位制，我們需要將要轉換數字除以2，再將結果除以2，如此迴圈直到結果為0為止，具體示意如圖所示：
基於上圖邏輯釋義，完成的功能程式碼如下：
function decimalToBinary(decNumber) {
const remStack = new Stack();
let number = decNumber;
let rem;
let binaryString = '';
while (number > 0) {
rem = Math.floor(number % 2);
remStack.push(rem);
number = Math.floor(number / 2);
}
while (!remStack.isEmpty()) {
binaryString += remStack.pop().toString();
}
return binaryString;
}複製程式碼從上述程式碼我們定義了一個堆疊，使用迴圈處理待處理的數字，將取模的餘數推入堆疊，然後逐個彈出，拼接成字串進行輸出。接著我們測試下，十進位制轉二進位制是否符合預期，如下段測試程式碼：
console.log(decimalToBinary(233)); // 11101001
console.log(decimalToBinary(10)); // 1010
console.log(decimalToBinary(1000)); // 1111101000”複製程式碼練習題
剛才我們實踐了十進位制轉二進位制，為了讓其更有通用性，因為在實際應用中，不僅僅有二進位制的轉換需求，比如還有8進位制、16進位制等，現在筆者要給大家留作業了，實現函式baseConverter(decNumber, base)，第一引數是要轉換的10進位制數，第二個引數是需要轉換的進位制，讓其具備10進位制數任意轉換成2~36進位制的需求，歡迎大家在留言區貼程式碼。
小節
本篇文章，我們瞭解了什麼是資料結構，並深入學習了堆疊這個資料結構，以及如何用JS程式碼實現堆疊，並講解了不同的實現方式，同時瞭解棧在計算機領域的應用，並一起實踐了一個十進位制數轉二進位制的練習，接下來本系列文章，筆者將帶著大家一起深入學習和堆疊類似的佇列結構，唯一不同的就是先進先出（FIFO）。
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