這期的內(nèi)容有點(diǎn)劍走偏鋒，我們來(lái)討論一下棧和隊(duì)列。Swift語(yǔ)言中沒(méi)有內(nèi)設(shè)的棧和隊(duì)列，很多擴(kuò)展庫(kù)中使用Generic Type來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蚴顷?duì)列。正規(guī)的做法使用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以保證加入和刪除的時(shí)間復(fù)雜度是O(1)。然而筆者覺(jué)得最實(shí)用的實(shí)現(xiàn)方法是使用數(shù)組，因?yàn)?Swift 沒(méi)有現(xiàn)成的鏈表，而數(shù)組又有很多的 API 可以直接使用，非常方便。本期主要內(nèi)容有：

• 棧和隊(duì)列的基本Swift實(shí)現(xiàn)，以及在iOS開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的實(shí)例
• Facebook棧相關(guān)面試題一道
• 棧和隊(duì)列的互相實(shí)現(xiàn)及其思想

實(shí)現(xiàn)

對(duì)于棧來(lái)說(shuō)，我們需要了解以下幾點(diǎn)：

• 棧是后進(jìn)先出的結(jié)構(gòu)。你可以理解成有好幾個(gè)盤子要壘成一疊，哪個(gè)盤子最后疊上去，下次使用的時(shí)候它就最先被抽出去。
• 在iOS開(kāi)發(fā)中，如果你要在你的App中添加撤銷操作（比如刪除圖片，恢復(fù)刪除圖片），那么棧是首選數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 無(wú)論在面試還是寫App中，只關(guān)注棧的這幾個(gè)基本操作：push, pop, isEmpty, peek, size。

protocol Stack {
  /// 持有的元素類型
  associatedtype Element
  
  /// 是否為空
  var isEmpty: Bool { get }
  /// 棧的大小
  var size: Int { get }
  /// 棧頂元素
  var peek: Element? { get }
  
  /// 進(jìn)棧
  mutating func push(_ newElement: Element)
  /// 出棧
  mutating func pop() -> Element?
}

struct IntegerStack: Stack {
  typealias Element = Int
  
  var isEmpty: Bool { return stack.isEmpty }
  var size: Int { return stack.count }
  var peek: Element? { return stack.last }
  
  private var stack = [Element]()
  
  func push(_ newElement: Element) {
    stack.append(newElement)
  }
  
  func pop() -> Element? {
    return stack.popLast()
  }
}

對(duì)于隊(duì)列來(lái)說(shuō)，我們需要了解以下幾點(diǎn)：

• 隊(duì)列是先進(jìn)先出的結(jié)構(gòu)。這個(gè)正好就像現(xiàn)實(shí)生活中排隊(duì)買票，誰(shuí)先來(lái)排隊(duì)，誰(shuí)先買到票。
• iOS開(kāi)發(fā)中多線程的GCD和NSOperationQueue就是基于隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的。
• 關(guān)于隊(duì)列我們只關(guān)注這幾個(gè)操作：enqueue, dequeue, isEmpty, peek, size。

protocol Queue {
  /// 持有的元素類型
  associatedtype Element
  
  /// 是否為空
  var isEmpty: Bool { get }
  /// 棧的大小
  var size: Int { get }
  /// 棧頂元素
  var peek: Element? { get }
  
  /// 入隊(duì)
  mutating func enqueue(_ newElement: Element)
  /// 出隊(duì)
  mutating func dequeue() -> Element?
}

struct IntegerQueue: Queue {
  typealias Element = Int
  
  var isEmpty: Bool { return left.isEmpty && right.isEmpty }
  var size: Int { return left.count + right.count }
  var peek: Element? { return left.isEmpty ? right.first : left.last }
  
  private var left = [Element]()
  private var right = [Element]()
  
  mutating func enqueue(_ newElement: Element) {
    right.append(newElement)
  }
  
  mutating func dequeue() -> Element? {
    if left.isEmpty {
      left = right.reversed()
      right.removeAll()
    }
    return left.popLast()
  }
}

實(shí)戰(zhàn)

下面是Facebook一道真實(shí)的面試題。

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

這道題目一看，這不就是我們平常在terminal里面敲的cd啊pwd之類的嗎，好熟悉啊。

根據(jù)常識(shí)，我們知道以下規(guī)則：

• . 代表當(dāng)前路徑。比如 /a/. 實(shí)際上就是 /a，無(wú)論輸入多少個(gè) . 都返回當(dāng)前目錄
• ..代表上一級(jí)目錄。比如 /a/b/.. 實(shí)際上就是 /a，也就是說(shuō)先進(jìn)入a目錄，再進(jìn)入其下的b目錄，再返回b目錄的上一層，也就是a目錄。

然后針對(duì)以上信息，我們可以得出以下思路：

1. 首先輸入是個(gè) String，代表路徑。輸出要求也是 String, 同樣代表路徑。
2. 我們可以把 input 根據(jù) “/” 符號(hào)去拆分，比如 "/a/b/./../d/" 就拆成了一個(gè)String數(shù)組["a", "b", ".", "..", "d"]
3. 創(chuàng)立一個(gè)棧然后遍歷拆分后的 String 數(shù)組，對(duì)于一般 String ，直接加入到棧中，對(duì)于 ".." 那我們就對(duì)棧做pop操作，其他情況不錯(cuò)處理

思路有了，代碼也就有了

func simplifyPath(path: String) -> String {
  // 用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)棧的功能
  var pathStack = [String]()
  // 拆分原路徑
  let paths = path.components(separatedBy: "/")
        
  for path in paths {
    // 對(duì)于 "." 我們直接跳過(guò)        
    guard path != "." else {
      continue
    }
    // 對(duì)于 ".." 我們使用pop操作        
    if path == ".."  {
      if (pathStack.count > 0) {
        pathStack.removeLast()
      }
    // 對(duì)于太注意空數(shù)組的特殊情況
    } else if path != "" {
      pathStack.append(path)
    }
  }
  // 將棧中的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為優(yōu)化后的新路徑      
  let res = stack.reduce("") { total, dir in "\(total)/\(dir)" }
  
  // 注意空路徑的結(jié)果是 "/"      
  return res.isEmpty ? "/" : res
}

上面代碼除了完成了基本思路，還考慮了大量的特殊情況、異常情況。這也是硅谷面試考察的一個(gè)方面：面試者思路的嚴(yán)謹(jǐn)和代碼的風(fēng)格規(guī)范。
隊(duì)列會(huì)在以后講樹(shù)遍歷和圖的廣度優(yōu)先遍歷時(shí)大放異彩，所以本期隊(duì)列先按下不表。

轉(zhuǎn)化

處理?xiàng)：完?duì)列問(wèn)題，最經(jīng)典的一個(gè)思路就是使用兩個(gè)棧/隊(duì)列來(lái)解決問(wèn)題。也就是說(shuō)在原棧/隊(duì)列的基礎(chǔ)上，我們用一個(gè)協(xié)助棧/隊(duì)列來(lái)幫助我們簡(jiǎn)化算法，這是一種空間換時(shí)間的思路。比如

用棧來(lái)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列

struct MyQueue {
  var stackA: Stack
  var stackB: Stack

  var isEmpty: Bool {
    return stackA.isEmpty && stackB.isEmpty;
  }

  var peek: Any? {
    get {
      shift();
      return stackB.peek;
    }
  }

  var size: Int {
    get {
      return stackA.size + stackB.size
    }
  }
  
  init() {
    stackA = Stack()
    stackB = Stack()
  }
  
  func enqueue(object: Any) {
    stackA.push(object);
  }
  
  func dequeue() -> Any? {
    shift()
    return stackB.pop();
  }
  
  fileprivate func shift() {
    if stackB.isEmpty {
      while !stackA.isEmpty {
        stackB.push(stackA.pop()!);
      }
    }
  }
}

用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧

struct MyStack {
  var queueA: Queue
  var queueB: Queue
  
  init() {
    queueA = Queue()
    queueB = Queue()
  }

  var isEmpty: Bool {
    return queueA.isEmpty && queueB.isEmpty
  }
  
  var peek: Any? {
    get {
      shift()
      let peekObj = queueA.peek
      queueB.enqueue(queueA.dequeue()!)
      swap()
      return peekObj
    }
  }

  var size: Int {
    return queueA.size
  }
  
  func push(object: Any) {
    queueA.enqueue(object)
  }
  
  func pop() -> Any? {
    shift()
    let popObject = queueA.dequeue()
    swap()
    return popObject
  }

  private func shift() {
    while queueA.size != 1 {
      queueB.enqueue(queueA.dequeue()!)
    }
  }
  
  private func swap() {
    (queueA, queueB) = (queueB, queueA)
  }
}

上面兩種實(shí)現(xiàn)方法都是使用兩個(gè)相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后將元素由其中一個(gè)轉(zhuǎn)向另一個(gè)，從而形成一種完全不同的數(shù)據(jù)。

總結(jié)

Swift中棧和隊(duì)列是比較特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，個(gè)人認(rèn)為最實(shí)用的實(shí)現(xiàn)方法是利用數(shù)組。雖然它們本身比較抽象，卻是很多復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和iOS開(kāi)發(fā)中的功能模塊的基礎(chǔ)。這也是一個(gè)工程師進(jìn)階之路理應(yīng)熟練掌握的兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。