亲自教你实现栈及C#中Stack源码分析亲自教你实现栈及C#中Stack源码

定义栈又名堆栈，是一种操作受限的线性表，仅能在表尾进行插入和删除操作。
它的特点是先进后出，就好比我们往桶里面放盘子，放的时候都是从下往上一个一个放（入栈），取的时候只能从上往下一个一个取（出栈），这个比喻并非十分恰当，比如拿盘子的时候只是习惯从上面开始拿，也可以从中间拿，而栈的话是只能操作最上面的元素，这样比喻只是为了便于了解。
【亲自教你实现栈及C#中Stack源码分析】
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刚开始接触栈可能会有些疑问，我们已经有数组和链表了，为什么还要栈这个操作受限制的数据结构呢？数组和链表虽然灵活，但是操作起来也更容易出错，而栈因为操作受限，在特定场景中使用还是有优势的。
当某个数据集合只涉及在一端插入和删除数据，并且满足先进后出的特性时，我们就应该首选“栈”这种数据结构。
栈的实现栈的实现方式有两种，一种是基于数组实现的顺序栈，另一种是基于链表实现的链式栈。它的主要操作也就两个，即入栈和出栈，难度并不大。
先了解一下入栈（Push）和出栈（Pop），如下图

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顺序栈基于数组实现，就面临着数组大小固定、扩容成本大的问题，下面是使用C#实现出栈和入栈简单功能代码。

// 基于数组实现的顺序栈public class ArrayStack{private string[] items; // 数组private int count; // 栈中元素个数private int n; //栈的大小?// 初始化数组，申请一个大小为n的数组空间public ArrayStack(int n){this.items = new string[n]; this.n = n; this.count = 0; }?// 入栈操作public bool Push(string item){// 数组空间不够了，直接返回false，入栈失败。if (count == n) return false; // 将item放到下标为count的位置，并且count加一items[count] = item; ++count; return true; }?// 出栈操作public string Pop(){// 栈为空，则直接返回nullif (count == 0) return null; // 返回下标为count-1的数组元素，并且栈中元素个数count减一string tmp = items[count - 1]; --count; return tmp; }}

上面代码有一些很明显的缺点，比如存储的数据类型固定为string(C#中使用泛型可以很好的解决)，大小固定...这只是简单的功能演示，后面分析C#中Stack源码时这些问题都会被化解。
出栈和入栈的时间复杂度是多少呢？这个很好计算，因为出栈和入栈都只涉及栈顶的元素，所以是O(1)。
空间复杂度呢？还是O(1),因为这里只额外使用了count和n两个临时变量。
?♂ 空间复杂度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。例子中大小为n的数组是无法省略的，也就是说这n个空间是必须的，对复杂度不了解的可以点击查看一文搞定算法复杂度分析。
链式栈话不多说，上代码

// 链表实现栈public class LinkStack{//栈顶指示器public Node Top { get; set; }?//栈中结点的个数public int NCount { get; set; }?//初始化public LinkStack(){Top = null; NCount = 0; }?//获取栈的长度public int GetLength(){return NCount; }?//判断栈是否为空public bool IsEmpty(){if ((Top == null) && (0 == NCount)){return true; }return false; }?//入栈public void Push(T item){Node p = new Node(item); if (Top == null){Top = p; }else{p.Next = Top; Top = p; }NCount++; }?//出栈public T Pop(){if (IsEmpty()){return default(T); }Node p = Top; Top = Top.Next; --NCount; return p.Data; }}?//结点定义public class Node{public T Data; ?public Node Next; ?public Node(T item){Data = https://www.it610.com/article/item; }}

时间复杂度和空间复杂度均为O(1).
C#中Stack源码分析前面我们已经知道了顺序栈和链式栈的优缺点，那么C#语言中自带的Stack是基于什么实现的呢？
答案是顺序栈。Stack是一个泛型类，里面定义了一个泛型数组用以存储数据

private T[] _array;

既然是一个顺序栈，为什么在使用的过程中什么不需要初始化数组大小，也不用担心扩容问题呢？
当我们实例化Stack的时候，会调用它的构造函数，初始化数组大小为0.

public Stack(){_array = _emptyArray; _size = 0; _version = 0; }

向数组中添加元素时，会检测数组是否还有空闲容量，如果超出数组大小，将进行扩容

public void Push(T item){if (_size == _array.Length){T[] array = new T[(_array.Length == 0) ? 4 : (2 * _array.Length)]; Array.Copy(_array, 0, array, 0, _size); _array = array; }?_array[_size++] = item; _version++; }

正是因为C#帮我们封装好了，所以我们使用起来才感觉如此的方便。
Push()函数的时间复杂度是多少呢？当栈中有空闲空间时，可以直接添加，它的时间复杂度是O(1)。但当内存不够需要扩容时，需要重新申请内存，进行数据搬移，所以时间复杂度就变成了O(n)，其平均时间复杂度也为O(1).
总结