基础篇6 # 栈:如何实现浏览器的前进和后退功能?

Posted 凯小默

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了基础篇6 # 栈:如何实现浏览器的前进和后退功能?相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

说明

【数据结构与算法之美】专栏学习笔记

什么是栈?

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,其特性就是后进先出、先进后出。

栈既可以用数组来实现,也可以用链表来实现。

  • 用数组实现的栈叫作顺序栈
  • 用链表实现的栈叫作链式栈

支持动态扩容的顺序栈

如果要实现一个支持动态扩容的顺序栈,就需要底层依赖一个支持动态扩容的数组,当数组空间不够时,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。

支持动态扩容的顺序栈的入栈、出栈操作的时间复杂度:

  • 对于出栈操作:不会涉及内存的重新申请和数据的搬移,时间复杂度是 O(1)。
  • 对于入栈操作:当栈中有空闲空间时,入栈操作的时间复杂度是 O(1)。当空间不够时,就需要重新申请内存和数据搬移,时间复杂度是 O(n)。

下面用摊还分析法分析入栈操作的时间复杂度

先做一些假设和定义:

  • 栈空间不够时,重新申请一个是原来大小两倍的数组;
  • 只有入栈操作没有出栈操作;
  • 定义不涉及内存搬移的入栈操作为 simple-push 操作,时间复杂度为 O(1)。

如果当前栈大小为 K,并且已满,当再有新的数据要入栈时,就需要重新申请 2 倍大小的内存,并且做 K 个数据的搬移操作,然后再入栈。后面的 K-1 次入栈操作,都不需要再重新申请内存和搬移数据,所以这 K-1 次入栈操作都只需要一个 simple-push 操作就可以完成。入栈操作的均摊时间复杂度就为 O(1)。

栈在函数调用中的应用

比较经典的一个应用场景就是函数调用栈

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。

为什么函数调用要用“栈”来保存临时变量呢?用其他数据结构不行吗?

其实,我们不一定非要用栈来保存临时变量,只不过如果这个函数调用符合后进先出的特性,用栈这种数据结构来实现,是最顺理成章的选择。从调用函数进入被调用函数,对于数据来说,变化的是什么呢?是作用域。所以根本上,只要能保证每进入一个新的函数,都是一个新的作用域就可以。而要实现这个,用栈就非常方便。在进入被调用函数的时候,分配一段栈空间给这个函数的变量,在函数结束的时候,将栈顶复位,正好回到调用函数的作用域内。

栈在表达式求值中的应用

栈的另一个常见的应用场景,编译器如何利用栈来实现表达式求值。

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。从左向右遍历表达式,当遇到数字,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。如果当前操作符的优先级比栈顶的要高,说明这一操作符需要先执行,但是数据还没有准备好,因此先将操作符保存起来,等数据准备好了再执行; 如果当前操作符的优先级比栈顶的要低,说明栈中的操作符需要先执行,那么先从数据栈中弹出两个数据,从操作符栈中弹出一个操作符,将这个结果先计算,并将计算出来的结果再入栈

栈在括号匹配中的应用

还可以用栈来检查表达式中的括号是否匹配。

如何检查包含三种括号(圆括号 ()、方括号[]、花括号)的任意嵌套表达式字符串是否合法呢?

可以使用栈来保存未匹配的左括号,从左到右依次扫描字符串。当扫描到左括号时,则将其压入栈中;当扫描到右括号时,从栈顶取出一个左括号。当所有的括号都扫描完成之后,如果栈为空,则说明字符串为合法格式。

如何实现一个栈?

下面是基于链表实现的栈:https://github.com/wangzheng0822/algo/blob/master/javascript/08_stack/StackBasedOnLinkedList.js

class Node 
    constructor(element) 
        this.element = element
        this.next = null
    


export class StackBasedLinkedList 
    constructor() 
        this.top = null
    
    push(value) 
        const node = new Node(value)
        if (this.top === null) 
            this.top = node
         else 
            node.next = this.top
            this.top = node
        
    
    pop() 
        if (this.top === null) 
            return -1
        
        const value = this.top.element
        this.top = this.top.next
        return value
    
    // 为了实现浏览器前进后退
    clear() 
        this.top = null
    
    display() 
        if (this.top !== null) 
            let temp = this.top
            while (temp !== null) 
                console.log(temp.element)
                temp = temp.next
            
        
    

测试一下:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>06.如何实现一个栈</title>
</head>
<body>
    <script type="module">
        import  StackBasedLinkedList  from "./js/06/StackBasedOnLinkedList.js";
        const newStack = new StackBasedLinkedList();
        newStack.push(1);
        newStack.push(2);
        newStack.push(3);
        console.log('-------------')
        console.log(newStack)
        console.log('-------------')
        console.log(newStack.pop());
        console.log(newStack.pop());
        console.log(newStack.pop());
        console.log(newStack.pop());
    </script>
</body>
</html>

如何实现浏览器的前进和后退功能?

使用前后栈实现浏览器的前进后退:https://github.com/wangzheng0822/algo/blob/master/javascript/08_stack/SampleBrowser.js

import * as Stack from "./StackBasedOnLinkedList.js"

export class SampleBrowser 
    constructor() 
        this.normalStack = new Stack['StackBasedLinkedList']()
        this.backStack = new Stack['StackBasedLinkedList']()
    
    // 正常浏览页面
    pushNormal(name) 
        this.normalStack.push(name)
        this.backStack.clear()
    
    // 后退
    back() 
        const value = this.normalStack.pop()
        if (value !== -1) 
            this.backStack.push(value)
         else 
            console.log('无法后退')
        
    
    // 前进
    front() 
        const value = this.backStack.pop()
        if (value !== -1) 
            this.normalStack.push(value)
         else 
            console.log('无法前进')
        
    
    // 打印栈内数据
    displayAllStack() 
        console.log('---后退页面---')
        this.backStack.display()
        console.log('---浏览页面---')
        this.normalStack.display()
    

测试代码:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>06.如何实现浏览器的前进和后退功能</title>
</head>
<body>
    <script type="module">
        import  SampleBrowser  from "./js/06/SampleBrowser.js";
        const browser = new SampleBrowser()
        browser.pushNormal("A页面")
        browser.pushNormal("B页面")
        browser.pushNormal("C页面")
        console.log(browser)
        browser.displayAllStack()
        console.log("-------------------------------------")
        browser.back()
        browser.back()
        browser.front()
        browser.displayAllStack()
        console.log("-------------------------------------")
        browser.pushNormal("N页面")
        browser.displayAllStack()
    </script>
</body>
</html>

以上是关于基础篇6 # 栈:如何实现浏览器的前进和后退功能?的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

08 | 栈:如何实现浏览器的前进和后退功能?

8.栈-实现浏览器的前进后退

数据结构-----栈

数据结构与算法7-栈

浏览器前进与后退的秘密——栈 (栈的理解与实现)

qbxt十一系列一