Swift 算法实战之路：栈和队列

原文出处： 故胤道长（@故胤道长）

这期的内容有点剑走偏锋，我们来讨论一下栈和队列。Swift语言中没有内设的栈和队列，很多扩展库中使用Generic Type来实现栈或是队列。笔者觉得最实用的实现方法是使用数组，本期主要内容有：

栈和队列的基本Swift实现，以及在iOS开发中应用的实例
Facebook栈相关面试题一道
栈和队列的互相实现及其思想

实现

对于栈来说，我们需要了解以下几点：

栈是后进先出的结构。你可以理解成有好几个盘子要垒成一叠，哪个盘子最后叠上去，下次使用的时候它就最先被抽出去。
在iOS开发中，如果你要在你的App中添加撤销操作（比如删除图片，恢复删除图片），那么栈是首选数据结构
无论在面试还是写App中，只关注栈的这几个基本操作：push, pop, isEmpty, peek, size。

Objective-C

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class Stack { var stack: [AnyObject] init() { stack = [AnyObject]() } func push(object: AnyObject) { stack.append(object) } func pop() -> AnyObject? { if !isEmpty() { return stack.removeLast() } else { return nil } } func isEmpty() -> Bool { return stack.isEmpty } func peek() -> AnyObject? { return stack.last } func size() -> Int { return stack.count }}

对于队列来说，我们需要了解以下几点：
队列是先进先出的结构。这个正好就像现实生活中排队买票，谁先来排队，谁先买到票。
iOS开发中多线程的GCD和NSOperationQueue就是基于队列实现的。
关于队列我们只关注这几个操作：enqueue, dequeue, isEmpty, peek, size。
Objective-C

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class Queue { var queue: [AnyObject] init() { queue = [AnyObject]() } func enqueue(object: AnyObject) { queue.append(object) } func dequeue() -> AnyObject? { if !isEmpty() { return queue.removeFirst() } else { return nil } } func isEmpty() -> Bool { return queue.isEmpty } func peek() -> AnyObject? { return queue.first } func size() -> Int { return queue.count } }

实战

下面是Facebook一道真实的面试题。

Objective-C

1234	Given an absolute path for a file (Unix-style), simplify it.For example,path = "/home/", => "/home"path = "/a/./b/../../c/", => "/c"

这道题目一看，这不就是我们平常在terminal里面敲的cd啊pwd之类的吗，好熟悉啊。

根据常识，我们知道以下规则：. 代表当前路径。比如 /a/. 实际上就是 /a，无论输入多少个 . 都返回当前目录
..代表上一级目录。比如 /a/b/.. 实际上就是 /a，也就是说先进入a目录，再进入其下的b目录，再返回b目录的上一层，也就是a目录。
然后针对以上信息，我们可以得出以下思路：首先输入是个 String，代表路径。输出要求也是 String, 同样代表路径。
我们可以把 input 根据 “/” 符号去拆分，比如 “/a/b/./../d/” 就拆成了一个String数组[“a”, “b”, “.”, “..”, “d”]
创立一个栈然后遍历拆分后的 String 数组，对于一般 String ，直接加入到栈中，对于 “..” 那我们就对栈做pop操作，其他情况不错处理
思路有了，代码也就有了Objective-C

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func simplifyPath(path: String) -> String { var res = "" // 用数组来实现栈的功能 var stack = [String]() // 拆分原路径 let paths = path.characters.split {$0 == "/"}.map(String.init) for path in paths { // 注意要trim处理头尾空格的情况，Swift 3.0语法在trim上会更简洁 var path = path.stringByTrimmingCharactersInSet(NSCharacterSet.whitespaceCharacterSet()) // 对于 "." 我们直接跳过 guard path != "." else { continue } // 对于 ".." 我们使用pop操作 if path == ".." { if (stack.count > 0) { stack.removeLast() } // 对于太注意空数组的特殊情况 } else if path.characters.count > 0 { stack.append(path) } } // 将栈中的内容转化为优化后的新路径 for str in stack { res += "/" res += str } // 注意空路径的结果是 "/" return res.isEmpty ? "/" : res }

上面代码除了完成了基本思路，还考虑了大量的特殊情况、异常情况。这也是硅谷面试考察的一个方面：面试者思路的严谨和代码的风格规范。

队列会在以后讲树遍历和图的广度优先遍历时大放异彩，所以本期队列先按下不表。

转化

处理栈和队列问题，最经典的一个思路就是使用两个栈/队列来解决问题。也就是说在原栈/队列的基础上，我们用一个协助栈/队列来帮助我们简化算法，这是一种空间换时间的思路。比如

用栈来实现队列

Objective-C

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class MyQueue { var stackA: Stack var stackB: Stack init() { stackA = Stack() stackB = Stack() } func enqueue(object: AnyObject) { stackA.push(object); } func dequeue() -> AnyObject? { _shift() return stackB.pop(); } func peek() -> AnyObject? { _shift(); return stackB.peek(); } func isEmpty() -> Bool { return stackA.isEmpty() && stackB.isEmpty(); } func size() -> Int { return stackA.size() + stackB.size() } private func _shift() { if stackB.isEmpty() { while !stackA.isEmpty() { stackB.push(stackA.pop()!); } } }}

用队列实现栈Objective-C

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class MyStack { var queueA: Queue var queueB: Queue init() { queueA = Queue() queueB = Queue() } func push(object: AnyObject) { queueA.enqueue(object) } func pop() -> AnyObject? { _shift() let popObject = queueA.dequeue() _swap() return popObject } func isEmpty() -> Bool { return queueA.isEmpty() } func peek() -> AnyObject? { _shift() let peekObject = queueA.peek() queueB.enqueue(queueA.dequeue()!) _swap() return peekObject } func size() -> Int { return queueA.size() } private func _shift() { while queueA.size() != 1 { queueB.enqueue(queueA.dequeue()!) } } private func _swap() { let temp = queueB queueB = queueA queueA = temp } }

上面两种实现方法都是使用两个相同的数据结构，然后将元素由其中一个转向另一个，从而形成一种完全不同的数据。

总结

Swift中栈和队列是比较特殊的数据结构，个人认为最实用的实现方法是利用数组。虽然它们本身比较抽象，却是很多复杂数据结构和iOS开发中的功能模块的基础。这也是一个工程师进阶之路理应熟练掌握的两种数据结构。