Go 数据结构和算法篇（二）：栈

从逻辑角度来说，数组和链表都是线性结构（就是排成一条线的结构，只有前后两个方向，非线性结构包括树、图等，后面会讲到），从存储角度来说，一个是顺序存储，一个是链式存储，各有利弊。

数组需要预先申请连续内存，超出限制会溢出，但是对明确知道规模的小型数据集而言，使用数组会更加高效，随机访问的特性也更加方便数组读取，但插入和删除性能要差一些；链表的话没有空间限制，但是需要额外空间存储指针，插入、删除效率很高，但不支持随机访问。

接下来我们要介绍两种特殊的线性结构，或者说用于满足特定场景需求的线性结构：栈和队列。

首先来看栈。

栈的概念

栈（Stack）又叫堆栈，是限定只能在一端进行插入和删除操作的线性表，并且满足后进先出（LIFO）的特点，即最后插入的最先被读取。我们把允许插入和删除的一端叫做栈顶，另一个端叫做栈底，不含任何数据的栈叫做空栈。

栈的概念比较简单，理解起来也不复杂，下面给出一个图示，帮助你形象了解栈的操作流程：

我们将插入操作叫做进栈，读取（删除）操作叫做出栈。

栈的实现

栈支持通过数组或链表实现，通过数组实现的通常叫做顺序栈，通过链表实现的叫做链栈。通过链表实现没有空间限制，并且插入和删除元素的效率更高，显然更加合适一些，下面我们基于 Go 语言来实现一个简单的链栈。

链栈本质上就是一个特殊的链表，特殊之处在于只能从头部插入节点，然后从头部读取（并删除）节点，因此实现起来非常简单，我们为这个栈提供了进栈、出栈和遍历功能：

package main

import (
    "fmt"
)

// 定义链表节点
type Node struct {
    Value int
    Next  *Node
}

// 初始化栈结构（空栈）
var size = 0
var stack = new(Node)

// 进栈
func Push(v int) bool {
    // 空栈的话直接将值放入头节点即可
    if stack == nil {
        stack = &Node{v, nil}
        size = 1
        return true
    }

    // 否则将插入节点作为栈的头节点
    temp := &Node{v, nil}
    temp.Next = stack
    stack = temp
    size++
    return true
}

// 出栈
func Pop(t *Node) (int, bool) {
    // 空栈
    if size == 0 {
        return 0, false
    }

    // 只有一个节点
    if size == 1 {
        size = 0
        stack = nil
        return t.Value, true
    }

    // 将栈的头节点指针指向下一个节点，并返回之前的头节点数据
    stack = stack.Next
    size--
    return t.Value, true
}

// 遍历（不删除任何节点，只读取值）
func traverse(t *Node) {
    if size == 0 {
        fmt.Println("空栈!")
        return
    }

    for t != nil {
        fmt.Printf("%d -> ", t.Value)
        t = t.Next
    }
    fmt.Println()
}

func main() {
    stack = nil
    // 读取空栈
    v, b := Pop(stack)
    if b {
        fmt.Print(v, " ")
    } else {
        fmt.Println("Pop() 失败!")
    }

    // 进栈
    Push(100)
    // 遍历栈
    traverse(stack)
    // 再次进栈
    Push(200)
    // 再次遍历栈
    traverse(stack)

    // 批量进栈
    for i := 0; i < 10; i++ {
        Push(i)
    }

    // 批量出栈
    for i := 0; i < 15; i++ {
        v, b := Pop(stack)
        if b {
            fmt.Print(v, " ")
        } else {
            // 如果已经是空栈，则退出循环
            break
        }
    }

    fmt.Println()
    // 再次遍历栈
    traverse(stack)
}

运行上述代码，打印结果如下：

感兴趣的同学可以自行通过 Go 语言的数组/切片实现一个顺序栈。

栈的使用场景

栈在日常开发和软件使用中，应用非常广泛，比如我们的浏览器前进、倒退功能，编辑器/IDE 中的撤销、取消撤销功能，程序代码中的函数调用、递归、四则运算等等，都是基于栈这种数据结构来实现的，就连著名的 stackoverflow 网站也是取栈溢出，需要求教之意。