Golang是一種高效能、可擴展且並發性強的程式語言,在網路產業中被廣泛使用和推崇。對於Golang的開發者來說,資料結構和演算法是基本功之一,而其中棧(Stack)的實作是不可或缺的一部分。在本文中,我們將深入探討如何在Golang中實作堆疊。
堆疊是一種特殊的線性結構,它只能在一端進行操作,也就是只能在堆疊頂部進行元素的插入和刪除。因此,棧的資料存取方式是「先進後出」。它是一個適用於多種場合的資料結構,如快取、表達式求值、函數呼叫等。
常用的堆疊操作有入棧(push)和出棧(pop)兩種操作,入棧時,新的元素總是放在棧頂位置;出棧時,總是刪除棧頂元素,因此堆疊的長度會不斷的變化。
在Golang中實作堆疊有兩種方式:一種是使用切片(Slice),另一種是使用鍊錶(Linked List )。
2.1 切片實作
在使用切片實作堆疊時,我們的堆疊結構體只需要包含一個切片即可。下面是切片實作堆疊的簡單範例:
type Stack struct { data []interface{} } func (s *Stack) Push(val interface{}) { s.data = append(s.data, val) } func (s *Stack) Pop() interface{} { if s.IsEmpty() { return nil } last := s.data[len(s.data)-1] s.data = s.data[:len(s.data)-1] return last } func (s *Stack) IsEmpty() bool { return len(s.data) == 0 }
在實作中,我們先定義了一個結構體Stack
,它包含一個切片data
。 Push()
函數將元素壓入堆疊頂,依序將元素加入切片末端;Pop()
函數將元素從堆疊頂部彈出,透過取得切片中的最後一個元素,然後將該元素從切片中刪除;IsEmpty()
函數判斷堆疊是否為空。
2.2 鍊錶實作
鍊錶實作堆疊的基本邏輯是使用鍊錶的頭部作為棧頂,每插入一個元素,就將其放在頭部,每彈出一個元素就將頭部的元素刪除。下面是鍊錶實作堆疊的範例:
type node struct { val interface{} next *node } type Stack struct { head *node } func (s *Stack) Push(val interface{}) { s.head = &node{val, s.head} } func (s *Stack) Pop() interface{} { if s.head == nil { return nil } val := s.head.val s.head = s.head.next return val } func (s *Stack) IsEmpty() bool { return s.head == nil }
在實作中,我們先定義一個結構體node
表示鍊錶的每一個節點。每個節點包含一個元素val
,和一個指向下一個節點的指標next
。然後我們定義結構體Stack
表示棧,其中head
指標指標指向棧頂元素;Push()
函數依序將元素插入到鍊錶頭部;Pop()
函數透過先取得頭部節點中的值,然後再將頭部指標指向下一個節點實作彈出運算;IsEmpty()
函數判斷堆疊是否為空。
堆疊所提供的功能是加強複雜的問題處理的一種方式。對於表達式求值、括號匹配等問題,使用堆疊都能夠得到良好的解決。以下是使用切片實作的表達式求值程式碼範例:
func EvaluateExpression(expression string) (float64, error) { stack := Stack{} tokens := strings.Split(expression, " ") for _, token := range tokens { switch token { case "+", "-", "*", "/": if stack.IsEmpty() { return 0, errors.New("Invalid expression") } b, err := stack.Pop().(float64) if !err { return 0, errors.New("Invalid expression") } if stack.IsEmpty() { return 0, errors.New("Invalid expression") } a, err := stack.Pop().(float64) if !err { return 0, errors.New("Invalid expression") } var result float64 switch token { case "+": result = a + b case "-": result = a - b case "*": result = a * b case "/": result = a / b } stack.Push(result) default: num, err := strconv.ParseFloat(token, 64) if err != nil { return 0, errors.New("Invalid expression") } stack.Push(num) } } if stack.IsEmpty() { return 0, errors.New("Invalid expression") } result, err := stack.Pop().(float64) if !err || !stack.IsEmpty() { return 0, errors.New("Invalid expression") } return result, nil }
在表達式求值中,我們使用了堆疊的想法來處理逆波蘭表達式。首先將表達式按照空格分割開來,然後對每一部分進行處理。如果是運算元( - * /),則取出棧頂的兩個元素進行對應的運算,並將結果壓入堆疊中;如果是操作數,則直接將其壓入堆疊中。最後,如果堆疊不為空,則將棧頂的值作為運算結果傳回。
堆疊是一種非常實用的資料結構,它在許多場合都有著廣泛的應用。使用Golang實作堆疊的方法有很多種,本文主要介紹了切片和鍊錶兩種實作方式。切片的實作方式簡單易懂,但當元素達到較大規模時,會導致記憶體分配的效率下降;鍊錶的實作方式記憶體分配更加靈活,但程式碼的複雜度也有所增加。合理選擇實現方式可以在實際應用中避免浪費不必要的資源,並提高程式的執行效率。
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