08 | 栈：如何实现浏览器的前进和后退功能？

精选留言(264)

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  阿杜S考特 置顶

  内存中的堆栈和数据结构堆栈不是一个概念，可以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（作业调度）、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。
  
  

  2018-10-08

   1

   436
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  王争 置顶

  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。

  2018-11-01

   4

   289
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  他在她城断了弦

  leetcode上关于栈的题目大家可以先做20,155,232,844,224,682,496.

  2018-10-15

   3

   515
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  姜威

  一、什么是栈？
  1.后进者先出，先进者后出，这就是典型的“栈”结构。
  2.从栈的操作特性来看，是一种“操作受限”的线性表，只允许在端插入和删除数据。
  二、为什么需要栈？
  1.栈是一种操作受限的数据结构，其操作特性用数组和链表均可实现。
  2.但，任何数据结构都是对特定应用场景的抽象，数组和链表虽然使用起来更加灵活，但却暴露了几乎所有的操作，难免会引发错误操作的风险。
  3.所以，当某个数据集合只涉及在某端插入和删除数据，且满足后进者先出，先进者后出的操作特性时，我们应该首选栈这种数据结构。
  三、如何实现栈？
  1.栈的API
  public class Stack<Item> {
  //压栈
  public void push(Item item){}
  //弹栈
  public Item pop(){}
  //是否为空
  public boolean isEmpty(){}
  //栈中数据的数量
  public int size(){}
  //返回栈中最近添加的元素而不删除它
  public Item peek(){}
  }
  2.数组实现（自动扩容）
  时间复杂度分析：根据均摊复杂度的定义，可以得数组实现（自动扩容）符合大多数情况是O(1)级别复杂度，个别情况是O(n)级别复杂度，比如自动扩容时，会进行完整数据的拷贝。
  空间复杂度分析：在入栈和出栈的过程中，只需要一两个临时变量存储空间，所以O(1)级别。我们说空间复杂度的时候，是指除了原本的数据存储空间外，算法运行还需要额外的存储空间。
  实现代码：（见另一条留言）
  
  3.链表实现
  时间复杂度分析：压栈和弹栈的时间复杂度均为O(1)级别，因为只需更改单个节点的索引即可。
  空间复杂度分析：在入栈和出栈的过程中，只需要一两个临时变量存储空间，所以O(1)级别。我们说空间复杂度的时候，是指除了原本的数据存储空间外，算法运行还需要额外的存储空间。
  实现代码：（见另一条留言）
  
  四、栈的应用
  1.栈在函数调用中的应用
  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，就会将其中的临时变量作为栈帧入栈，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。
  2.栈在表达式求值中的应用（比如：34+13*9+44-12/3）
  利用两个栈，其中一个用来保存操作数，另一个用来保存运算符。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，若比运算符栈顶元素优先级高，就将当前运算符压入栈，若比运算符栈顶元素的优先级低或者相同，从运算符栈中取出栈顶运算符，从操作数栈顶取出2个操作数，然后进行计算，把计算完的结果压入操作数栈，继续比较。
  3.栈在括号匹配中的应用（比如：{}{[()]()}）
  用栈保存为匹配的左括号，从左到右一次扫描字符串，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，如果能匹配上，则继续扫描剩下的字符串。如果扫描过程中，遇到不能配对的右括号，或者栈中没有数据，则说明为非法格式。
  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；否则，说明未匹配的左括号为非法格式。
  4.如何实现浏览器的前进后退功能？
  我们使用两个栈X和Y，我们把首次浏览的页面依次压如栈X，当点击后退按钮时，再依次从栈X中出栈，并将出栈的数据一次放入Y栈。当点击前进按钮时，我们依次从栈Y中取出数据，放入栈X中。当栈X中没有数据时，说明没有页面可以继续后退浏览了。当Y栈没有数据，那就说明没有页面可以点击前进浏览了。
  五、思考
  1. 我们在讲栈的应用时，讲到用函数调用栈来保存临时变量，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？
  答：因为函数调用的执行顺序符合后进者先出，先进者后出的特点。比如函数中的局部变量的生命周期的长短是先定义的生命周期长，后定义的生命周期短；还有函数中调用函数也是这样，先开始执行的函数只有等到内部调用的其他函数执行完毕，该函数才能执行结束。
  正是由于函数调用的这些特点，根据数据结构是特定应用场景的抽象的原则，我们优先考虑栈结构。
  2.我们都知道，JVM 内存管理中有个“堆栈”的概念。栈内存用来存储局部变量和方法调用，堆内存用来存储 Java 中的对象。那 JVM 里面的“栈”跟我们这里说的“栈”是不是一回事呢？如果不是，那它为什么又叫作“栈”呢？
  答：JVM里面的栈和我们这里说的是一回事，被称为方法栈。和前面函数调用的作用是一致的，用来存储方法中的局部变量。

  2018-10-08

   2

   204
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  阿杜S考特

  内存中的堆栈和数据结构堆栈不是一个概念，可以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（作业调度）、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。
  
  

  2018-10-08

   2

   196
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  王争

  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。

  作者回复: 答案 大家可以参考下

  2018-11-01

   3

   121
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  小洋洋

  函数调用之所以用栈，是因为函数调用中经常嵌套，栗子：A调用B，B又调用C，那么就需要先把C执行完，结果赋值给B中的临时变量，B的执行结果再赋值给A的临时变量，嵌套越深的函数越需要被先执行，这样刚好符合栈的特点，因此每次遇到函数调用，只需要压栈，最后依次从栈顶弹出依次执行即可，这个过程很像文稿中的3+5*8-6//小白之拙见，欢迎拍砖*^o^*

  2018-10-08

   4

   100
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  鲫鱼

  对我来说理解有些困难，所以姜威的笔记给了我很大的帮助的。给了我更好完善笔记的构架，以及用不同方式解释加深理解和记忆。真的有的人不喜欢看不看就好，划掉不过两秒的事情。

  2018-10-10

  

   65
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  Jerry银银

  置顶的留言中还有一个问题没有回答——为什么内存中的“栈”也叫“栈”，而且英文都是stack？
  
  我认为，虽然内存中的栈和数据结构的栈不是一回事，即内存中的栈是一段虚拟的内存空间，数据结构中的栈是一种抽象的数据类型，但是它们都有“栈”的特性——后进先出，所以都叫“栈”也无可厚非。
  
  -----
  
  还有，置顶留言中说，内存中的堆栈是真实存在的物理区，这个说法有点不精确，因为大部分人所说的，以及应用编程中所用到的内存，一般情况下指的都是虚拟内存空间，英文为：Virtual Memory，是物理内存的映射。

  2019-03-07

   3

   45
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  姜威

  实现代码：（栈的数组实现）
  public class StackOfArray<Item> implements Iterable<Item>{
  //存储数据的数组
  Item[] a = (Item[])new Object[1];
  //记录元素个数N
  int N = 0;
  //构造器
  public StackOfArray(){}
  //添加元素
  public void push(Item item){
  //自动扩容
  if (N == a.length ) resize(2*a.length );
  a[N++] = item;
  }
  //删除元素
  public Item pop(){
  Item item = a[--N];
  a[N] = null;
  if (N > 0 && N == a.length / 4) resize(a.length / 2);
  return item;
  }
  //是否为空
  public boolean isEmpty(){
  return N == 0;
  }
  //元素个数
  public int size(){
  return N;
  }
  //改变数组容量
  private void resize(int length) {
  Item[] temp = (Item[])new Object[length];
  for (int i = 0; i < N; i++) {
  temp[i] = a[i];
  }
  a = temp;
  }
  //返回栈中最近添加的元素而不删除它
  public Item peek(){
  return a[N-1];
  }
  @Override
  public Iterator<Item> iterator() {
  return new ArrayIterator();
  }
  //内部类
  class ArrayIterator implements Iterator{
  //控制迭代数量
  int i = N;
  @Override
  public boolean hasNext() {
  return i > 0;
  }
  @Override
  public Item next() {
  return a[--i];
  }
  }
  }
  
  实现代码：（栈的链表实现）
  public class StackOfLinked<Item> implements Iterable<Item> {
  //定义一个内部类，就可以直接使用类型参数
  private class Node{
  Item item;
  Node next;
  }
  private Node first;
  private int N;
  //构造器
  public StackOfLinked(){}
  //添加
  public void push(Item item){
  Node oldfirst = first;
  first = new Node();
  first.item = item;
  first.next = oldfirst;
  N++;
  }
  //删除
  public Item pop(){
  Item item = first.item;
  first = first.next;
  N--;
  return item;
  }
  //是否为空
  public boolean isEmpty(){
  return N == 0;
  }
  //元素数量
  public int size(){
  return N;
  }
  //返回栈中最近添加的元素而不删除它
  public Item peek(){
  return first.item;
  }
  @Override
  public Iterator<Item> iterator() {
  return new LinkedIterator();
  }
  //内部类：迭代器
  class LinkedIterator implements Iterator{
  int i = N;
  Node t = first;
  @Override
  public boolean hasNext() {
  return i > 0;
  }
  @Override
  public Item next() {
  Item item = (Item) t.item;
  t = t.next;
  i--;
  return item;
  }
  }
  }

  2018-10-08

   1

   41
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  清以轻尘

  关于这个浏览器的前进和后退，老师您说的是用两个栈实现，其实开篇我已经想到，但是，我还有一个很不错的解决思路，对于内存消耗可能会高点，但是时间复杂度也很低，就是使用双向链表，用 pre和next 来实现前进和后退

  作者回复: 也可以的 👍

  2018-10-22

   2

   33
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  Monday

  对于每次留下的思考题都希望老师在n（n>1）天后给出权威的答案，谢谢。
  国庆在家里只看文档和听音频没有记录笔记，回去工作了，一定补上。个人认为本课题是最实惠的知识付费，没有之一。❤

  作者回复: 关于思考题 很多同学的留言都已经回答的很好了 关于权威答案 我可以集中写篇文章说说

  2018-10-09

  

   26
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  thewangzl

  JVM中的“栈”应该有两个。
  一个是每个线程中方法调用用到的栈。该栈以栈帧为元素，当调用一个方法时，会把方法相关的局部变量表、操作数栈、方法返回地址等信息封装到栈帧中，把该栈帧入栈；当方法执行结束后，把该栈帧出栈。
  第二个栈就是栈帧中的操作数栈。JVM的解释执行引擎是“基于栈的执行引擎”，是因为JVM的指令都是对操作数栈中的元素进行入栈出栈操作。
  两者应该都是标准的栈。

  2018-10-08

  

   22
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  Liam

  1 函数调用和返回符合后进先出原则，而局部变量的生命周期应该和函数一致，因此用栈保存局部变量是合适的，函数出栈时同时销毁局部变量
  
  2 jvm的栈就是一种栈数据结构，本质相同

  2018-10-08

  

   18
• 

  席尔

  老师早上好!想请问下: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。但是，接下来的 K-1 次入栈操作？
   不是k次入栈操作吗？为什么是k–1次？ 新的栈空间还剩余k的大小呀，不是还能进行k次入栈操作吗？麻烦老师解答一下，非常感谢!

  2019-01-11

   5

   13
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  zyzheng

  函数调用使用的栈是有硬件基础的，所有的CPU都有相应的SP寄存器用于存储栈顶指针，也有相应的入栈出栈指令，用于实现函数调用栈效率很高，和软件数据结构的栈有所不同。
  
  如果要回答为什么函数调用要要用栈，个人理解是CPU设计就是如此

  2018-10-08

  

   12
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  小邓

  课后思考问题2是多次困扰我的一个问题：内存管理上的“栈”和数据结构上的“栈”到底是不是一回事。
  按出题套路而言，问“如果不是，给出理由”的问题答案大多是“不是”。高赞留言里有的说是，有的说不是，我简单翻了翻三大本厚书《C#图接教程》、《算法》、《深入理解计算机基础》，再去翻了翻相关博客和知乎，我的回答是“不是”。
  （1）首先，在内存管理和数据结构上，都有“堆”和“栈”这两个概念。
  （2）内存管理上的“堆”和“栈”，强调的是数据的生命周期（分配释放是否有次序要求）；数据结构上的“堆”和“栈”，强调的是数据的组织。
  （3）内存管理上的“栈”符合数据结构的“栈”的特点，即LIFO，两者同名可以接受。
  （4）数据结构上的“堆”定义：它是一种数组对象，它可以被视为一科完全二叉树结构；应用场景包括堆排序，优先队列等。和内存管理的“堆”定义不同（这里我不是很确定，没有看过内存管理上堆的实现细节）。
  
  参考：
  （1）数据结构之“堆”：http://www.cnblogs.com/Jason-Damon/archive/2012/04/18/2454649.html
  （2）专题 | 堆、栈简介：https://zhuanlan.zhihu.com/p/45597548
  （3）知乎| 为什么c++中要分为heap（堆）和stack（栈）? - Milo Yip的回答：https://www.zhihu.com/question/281940376/answer/424990646

  2019-04-11

  

   9
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  Smallfly

  函数调用为什么用栈实现，其中一个原因是为了满足递归的需求。

  2018-10-08

  

   9
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  hao

  请问老师，3+5*8-6的栈计算演示图的第5步和第6步中间是不是省略了一步40 3 + 啊？不然如果表达式是3+5*8/2-6的结果就不对了。谢谢您

  作者回复: 是的 第六步 处理了2个操作符

  2018-10-15

  

   7
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  乘坐Tornado的线程魔法师

  想借此机会请教一个问题，同时也算是给大家的一道思考题。如果文中计算表达式的例子 涉及到小括号(默认小括号使用合法) 该如何处理呢？

  作者回复: 思路一样的 可以把右括号看作优先级最高的 至于左括号怎么处理 留给你思考吧😄

  2018-10-08

   1

   7