在计算机科学的世界里，栈（Stack）是一种基础却极其重要的线性数据结构。它的行为规则非常直观：先进后出（FILO, First In Last Out），就像一摞盘子——你只能从顶部拿走或放上盘子，无法直接访问中间或底部的元素。这种看似简单的结构，却支撑着无数关键系统功能：函数调用栈、浏览器历史记录、表达式求值、括号匹配、撤销操作等，都离不开栈的身影。
在 JavaScript 中，我们拥有多种方式来实现栈。既可以利用语言内置的数组快速搭建，也可以通过链表构建更灵活、性能更稳定的版本。更重要的是，借助 ES6 引入的类语法和私有字段特性，我们可以将这些实现封装得既安全又专业。本文将深入探讨栈的本质、两种主流实现方式的差异，并展示如何用现代 JavaScript 编写出工业级质量的栈结构。
什么是栈？核心操作与抽象接口
栈作为一种抽象数据类型（ADT），其价值不在于底层如何存储数据，而在于它对外暴露的一组清晰、有限的操作接口。一个标准的栈应支持以下基本方法：
push(item)：将元素压入栈顶；pop()：移除并返回栈顶元素；peek()（或top()）：查看栈顶元素但不移除；isEmpty()：判断栈是否为空；size：获取当前栈中元素的数量。
这些操作共同定义了栈的行为契约。无论内部使用数组还是链表，只要满足上述接口，就可被视为一个合法的栈实现。这种“接口与实现分离”的思想，正是软件工程中高内聚、低耦合原则的体现。
基于数组的栈：简洁高效的首选方案
JavaScript 的数组原生支持在尾部高效地添加和删除元素（push 和 pop），这恰好符合栈的操作要求。因此，用数组实现栈是最自然、最简洁的方式。
通过 ES6 的 class 语法，我们可以轻松封装一个安全的栈类：
class ArrayStack {
#items = []; // 私有字段，外部不可见
get size() { return this.#items.length; }
isEmpty() { return this.size === 0; }
push(val) { this.#items.push(val); }
pop() {
if (this.isEmpty()) throw new Error("栈为空");
return this.#items.pop();
}
peek() {
if (this.isEmpty()) throw new Error("栈为空");
return this.#items[this.size - 1];
}
}
这里的关键在于：
- 使用
#items定义私有属性，防止外部直接修改内部数组； - 通过
get size()提供只读访问器，隐藏具体实现； - 对空栈操作进行错误处理，提升健壮性。
数组实现的优势与局限
优势显著：
- 高性能：在绝大多数情况下，
push和pop的时间复杂度为 O(1)； - 内存连续：数据在内存中紧凑排列，缓存命中率高，访问速度快；
- 代码简洁：依托语言内置能力，实现逻辑极简。
但也存在局限：
- 扩容开销：当数组容量不足时，JavaScript 引擎会分配更大的新数组，并将所有元素复制过去，此时单次
push操作的时间复杂度退化为 O(n)； - 空间预分配：引擎可能预留额外空间以减少扩容频率，但这可能导致内存利用率不高。
不过，由于扩容是低频事件，其摊还（amortized）时间复杂度仍为 O(1)，因此在实际开发中，数组实现通常是首选方案。
基于链表的栈：稳定性能的替代选择
为了彻底规避数组扩容带来的性能波动，我们可以采用链表来实现栈。每个节点包含数据值和指向下一个节点的指针，栈顶即为链表的头节点。
class ListNode {
constructor(val) { this.val = val; this.next = null; }
}
class LinkedListStack {
#head = null;
#count = 0;
get size() { return this.#count; }
isEmpty() { return this.size === 0; }
push(val) {
const node = new ListNode(val);
node.next = this.#head;
this.#head = node;
this.#count++;
}
pop() {
if (this.isEmpty()) return null;
const val = this.#head.val;
this.#head = this.#head.next;
this.#count--;
return val;
}
peek() { return this.isEmpty() ? null : this.#head.val; }
}
每次入栈只需创建新节点并更新头指针，无需移动任何已有数据。
链表实现的权衡
优点突出：
- 稳定 O(1) ：所有核心操作的时间复杂度恒为 O(1)，无性能抖动；
- 动态内存：按需分配，空间利用率高，适合元素数量剧烈变化的场景。
代价也不容忽视：
- 额外开销：每个节点需存储指针，内存占用比纯数据更大；
- 非连续内存：节点分散在堆中，缓存局部性差，访问速度略慢于数组。
因此，链表实现更适合对最坏情况性能有严格要求的系统，如实时处理或嵌入式环境。
现代 JavaScript 的封装艺术
无论是数组还是链表实现，良好的封装都是专业代码的标志。ES6 的 # 私有字段语法让我们能真正隐藏内部状态，避免外部误操作破坏数据结构的一致性。同时，get 访问器允许我们以属性形式提供只读信息，使 API 更加直观。
例如，用户只需调用 stack.size 而非 stack.getSize()，既简洁又符合直觉。这种设计不仅提升了可用性，也增强了代码的可维护性——未来若更换底层实现（如从数组切换到链表），只要接口不变，调用方完全无需修改。
如何选择？场景驱动的决策
在实际项目中，选择哪种实现应基于具体需求：
- 通用 Web 应用：优先选择数组实现。其简单性、高性能和低内存开销足以应对绝大多数场景，如管理 UI 状态、实现简易历史记录等。
- 高性能或资源受限环境：考虑链表实现。当栈大小高度动态、且不能容忍任何性能尖峰时，链表的稳定性更具优势。
- 教学或原型开发：数组实现因其直观性，是入门学习的最佳选择。
结语：小结构，大智慧
栈虽是一个简单的数据结构，却蕴含着深刻的工程哲学：通过限制操作来换取更高的可靠性与可预测性。在 JavaScript 中，我们不仅能轻松实现它，还能借助现代语言特性将其封装得既强大又安全。
理解栈的两种实现方式，不仅是掌握一种数据结构，更是培养“根据场景权衡设计”的工程思维。毕竟，优秀的开发者不在于知道多少炫技的语法，而在于能否为每一个问题选择最合适、最稳健的解决方案。而栈，正是通往这一境界的第一块基石。
