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做者 | 无量测试之道
编辑 | 小晴

有效括号，刷过LeetCode的也许对这道题很熟悉。

1.开篇问题：有效的括号`[1]`

假如如今要你来解这道题，你会想到怎样的解法了？

这就要用到咱们今天要讲的“栈”这种数据结构。带着这个问题，咱们来学习今天的内容。

2.如何理解“栈”？

关于栈，有一个很是贴切的游戏--汉诺塔。玩这个游戏的时候，咱们都是从下往上一个一个放；取的时候，咱们也是从上往下一个一个地依次取，不能从中间任意抽出。后进者先出，先进者后出，这就是典型的“栈”结构。

从栈的操做特性上来看，栈是一种“操做受限”的线性表，只容许在一端插入和删除数据。
栈的定义[2]：

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操做的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另外一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称做进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称做出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

3.如何实现栈

从刚才栈的定义里，咱们能够看出，栈主要包含两个操做，入栈和出栈，也就是在栈顶插入一个数据和从栈顶删除一个数据。理解了栈的定义以后，咱们来看一看如何用代码实现一个栈。

【本文使用 swift 语言来编写代码，读者朋友们不要由于编程语言不一样而有畏难情绪，重要的是思惟和逻辑，语言只是表达方式。你能够用你本身熟悉的语言来表达你的逻辑，能够先试着写一写】

Talking is cheap，show you the code.

  
  
   
   
            
   
   
   
   
    
    
             
    
  
  
   
   
            
   
   
class Stack {
 //初始化数组
 var datas = [Int]()
 //出栈操做
 func pop() -> Int? {
 return datas.popLast()
 }
 //入栈操做
 func push(obj: Int) {
 datas.append(obj)
 }
 //栈顶对象
 func top() -> Int? {
 return datas.last
 }
}

4.栈在实际开发过程当中的应用

栈在函数调用中的应用python

  
  
   
   
            
   
   
   
   
    
    
             
    
  
  
   
   
            
   
   
func calculate() {
 let a = 3
 let b = 5
 var result = 0
 result = add(x: a, y: b)
 print(result)
}

func add(x: Int, y: Int) -> Int {
 var sum= 0
 sum = x + y
 return sum
}

从代码中咱们能够看出，calculate() 函数调用了 add() 函数，传入临时变量a和b，获取计算结果，最后打印 result 的值。

为了让你清晰地看到这个过程对应的函数栈里出栈、入栈的操做，我画了一张图。图中显示的是，在执行到 add() 函数时，函数调用栈的状况。

递归算法

在算法中，常常会使用的一个思想就是递归思想。很著名的就是斐波那契数列 [3]

F(0) =0，
F(1) =1，
F(n) = F(n-1)+F(n-2)（n≥2，n∈N*）

计算 F(n) 时须要先计算 F(n-1) 和 F(n-2)
计算 F(n-1) 时须要先计算 F(n-2) 和 F(n-3)
计算 F(n-2) 时须要先计算 F(n-2) 和 F(n-3)
···
最后的效果是，会有不少中间值压入栈中，这也是为何，当 n 很大的时候，会很是消耗内存。因此在实际的开发中，掌握这些底层的开发基础，会有助你选择合适的技术方案。

5.概念区分：数据结构堆栈 VS 内存中的堆栈

在学习计算机基础的时候，咱们知道内存中有栈区和堆区。那它与数据结构中的堆栈有什么区别了，它们是同一个概念吗？

内存中的堆栈和数据结构堆栈不是一个概念，能够说内存中的堆栈是真实存在的物理区，数据结构中的堆栈是抽象的数据存储结构。

内存空间在逻辑上分为三部分：代码区、静态数据区和动态数据区，动态数据区又分为栈区和堆区。

代码区：存储方法体的二进制代码。高级调度（做业调度）、中级调度（内存调度）、低级调度（进程调度）控制代码区执行代码的切换。

静态数据区：存储全局变量、静态变量、常量，常量包括final修饰的常量和String常量。系统自动分配和回收。

栈区：存储运行方法的形参、局部变量、返回值。由系统自动分配和回收。

堆区：new一个对象的引用或地址存储在栈区，指向该对象存储在堆区中的真实数据。

6.解答开篇

好了，我想如今你已经彻底理解了栈的概念。咱们再回来看看开篇的思考题，如何实现有效括号的判断？其实使用栈的思想就能够很是完美的解决这个问题。

咱们开始分析：

1.若是开始就是右括号 )、]、} ，很明显不合法，直接返回false
2.若是是左括号 (、[、{ ，就压栈。若是是右括号 )、]、} ，在stack有值的状况下与栈顶元素匹配，匹配经过则栈顶元素出栈，不然直接返回false。

下面是 swift 解题的实现代码

  
  
   
   
            
   
   
   
   
    
    
             
    
  
  
   
   
            
   
   
class Solution {
 
 func isValid(_ s: String) -> Bool {
 
 if s.count == 0 { return false }
 var stack = [String]()
 let dict: [String:String] = ["(":")","[":"]","{":"}"]
 
 for c in s {
 if dict.keys.contains(c.description) {
 stack.append(c.description) //若是是左括号就入栈
 }else {
 if stack.count > 0 && c.description == dict[stack.last!] { //若是是右括号，而且匹配就出栈
 stack.removeLast()
 }else {
 return false
 }
 }
 }
 return stack.count == 0
 }
}

在LeetCode上也有不少种语言的解法，这里分享一个python [4] 的解法

7.内容总结

咱们来回顾一下今天讲的内容。栈是一种操做受限的数据结构，只支持入栈和出栈操做。后进先出是它最大的特色。咱们还知道数据结构中的堆栈和内存中的堆栈不是同一个概念。咱们也理解了栈在实际开发中的些应用，以及使用递归，当 n 值很大地时候,会有大量的临时变量被压如栈中而消耗内存。以及最后经过栈的核心思想来解LeetCode中比较经典的算法题。

相信你也真正的掌握了栈这种数据结构了。那赶忙动手敲代码来实践吧！

参考资料：

1.有效的括号:

https://leetcode-cn.com/problems/valid-parentheses
2.栈的定义:编程
https://baike.baidu.com/item/%E6%A0%88/12808149?fr=aladdinswift
3.斐波那契数列:数组
https://baike.baidu.com/item/%E6%96%90%E6%B3%A2%E9%82%A3%E5%A5%91%E6%95%B0%E5%88%97/99145?fr=aladdin 微信
4.python语言实现:数据结构
https://leetcode-cn.com/problems/valid-parentheses/solution/valid-parentheses-fu-zhu-zhan-fa-by-jin407891080/app

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◆Python 经典算法之 “ 选择排序 ”

◆Python 之“栈为什么物”

◆Python 算法之一

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栈：如何实现有效括号的判断？