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上周，我们第一次体验了编程风格的练习。 请记住，目标是编写一个简单的程序，但要遵守一些约束。 先前的限制是只有一个变量可用，即数组。 对于像Kotlin这样的静态类型的语言，在使用它们之前，需要将大量的变量强制转换为正确的类型。

本周，约束条件是极端的，但有所不同。 除了两个数组，我们还有两个可用的数据结构：

  • 哈希图-也称为字典或关联数组-称为堆
  • 一个恰当地命名为...的堆栈

目标是在堆栈上执行所有操作，并且仅在必要时在堆上存储数据。 幸运的是，我曾经参加过关于非主流语言的主题演讲，包括基于堆栈的语言PostScript。 因此，我对基于堆栈的语言如何工作有些熟悉。 但是，如果您对它们一无所知，我相信这篇文章将会很有趣。

这是第2 次后，在编程风格焦点series.Other职位的练习包括：

  1. 以编程风格介绍练习
  2. 以编程风格进行练习，将内容堆叠起来 （本文）
  3. 编程风格的练习，Kwisatz Haderach风格
  4. 编程风格的练习，递归
  5. 具有高阶功能的编程风格的练习
  6. 以编程风格进行练习
  7. 以编程风格进行练习，回到面向对象的编程
  8. 编程风格的练习：地图也是对象
  9. 编程风格的练习：事件驱动的编程
  10. 编程风格的练习和事件总线
  11. 反思编程风格的练习
  12. 面向方面的编程风格的练习
  13. 编程风格的练习：FP＆I / O
  14. 关系数据库风格的练习
  15. 编程风格的练习：电子表格
  16. 并发编程风格的练习
  17. 编程风格的练习：在线程之间共享数据
  18. 使用Hazelcast以编程风格进行练习
  19. MapReduce风格的练习
  20. 编程风格的练习总结

堆栈和基于堆栈的语言快速入门

我假设您对称为Stack的数据结构有些熟悉。 这是一个专门的队列，具有先进先出，语义先进的语义。 类似于一堆板：假设将板A放在堆栈上，然后将板B再放在板C上。一个人只能从堆栈中将板放在顶部：因此，顺序将是C，然后是B，然后是一个。

同样，基于堆栈的语言将变量放在堆栈上。 要调用一个函数，首先需要将参数压入堆栈，然后才调用函数。 然后，一个函数将从堆栈中弹出其参数，并将结果压入堆栈。

一个简单的加法将转换为以下伪代码：

PUT 1
PUT 2
ADD

这样，函数ADD将弹出2 ，然后弹出1 ，将它们求和并将结果压入堆栈。

在Kotlin中，这可能会翻译为以下内容：

stack.push(1)
stack.push(2)
stack.push(
    (stack.pop()asInt)+(stack.pop()asInt)
)

可以创建一个add()函数：

funadd()=stack.push(
    (stack.pop()asInt)+(stack.pop()asInt)
)

stack.push(1)
stack.push(2)
add()

练习中的堆栈

程序的开头是一个很好的示例，可以理解如何超越上述简单示例：

funrun(filename:String):Map<*,*>{
    stack.push(filename) (1)
    readFile()
    filterChars()
    ...
}

funreadFile(){
    valf=read(stack.pop()asString) (2)
    stack.push(f) (3)
}
  1. 将作为参数传递的文件名压入堆栈
  2. 弹出文件名并读取文件内容
  3. 将文件行推入堆栈

read()函数将文件名作为参数，因为它是所有章节之间共享的共享实用程序函数。 如果要完全遵守约束，则应将其更改为不接受任何参数，并从堆栈中获取文件名。 其他功能不带参数，并严格遵守规则。

funfilterChars(){
    stack.push( (1)
        (stack.pop()asList<*>) (2)
            .map{"\\W|_".toRegex().replace(itasString," ")} (3)
            .map(String::toLowerCase)) (3)
}
  1. 将处理结果压入堆栈
  2. 弹出文本行作为List进行处理
  3. 处理字符串

现在，此功能几乎完全符合锻炼的精神。

为下一步做准备

实际上，以前的代码在我看来有点作弊： map()是Kotlin的stdlib中的函数，应在堆栈上实现。

这需要两个可以通过Kotlin扩展功能实现的帮助程序功能：

  1. 一个extend()方法（类似于Python），它获取一个集合，并将其所有元素压入堆栈： 
    fun<T>Stack<T>.extend(iterable:Iterable<T>){
    iterable.forEach{push(it)}
}
  2. 一个swap()方法，用于交换堆栈中前两个元素的位置： 
    funStack<Any>.swap(){
    vala=pop() (1)
    valb=pop() (1)
    push(a)
    push(b)
}
    1. 通常应禁止使用局部变量，而应使用堆。 但是，我允许自己使用这个小捷径，因为它看起来更好，并且变化不大。

整个九码

最简单的部分是通过用extend()替换push()来更新readFile()函数的实现：

funreadFile(){
    valf=read(stack.pop()asString)
    stack.extend(f) (1)
}
  1. 此时，堆栈应在读取文件中每行文本包含一个元素

下一步需要从堆栈中弹出每个字符串，对其进行处理，然后将其推回。 但是，由于堆栈的性质，处理后的字符串将放回顶部。 并且只能访问顶部字符串。 我们可以使用堆而不是将字符串推回堆栈上，但这会作弊...

完全符合堆栈要求的替代方法如下：

  1. 将可变列表压入堆栈
  2. 重复以下步骤，直到堆栈上只有一个元素
    1. 交换前两个元素-列表和字符串
    2. 弹出第一个元素-这将是要处理的字符串
    3. 处理字符串
    4. 弹出现在的第一个元素-这将是列表
    5. 将处理后的字符串添加到列表中
    6. 将列表推回堆栈
  3. 最后，弹出包含所有已处理字符串的列表
  4. 并将其内容作为单独的字符串压入堆栈

还有另外一招。 要将元素添加到可变列表，API为list.add(string) 。 在堆栈上，这将转换为stack.pop().add(stack.pop()) 。 这意味着列表应该是堆栈中的第一项。 但是，我们过程的顺序相反：第一个项目应该是字符串，第二个应该是列表。 因此，我们需要一个函数来反转调用者（列表）和被调用者（字符串）的顺序。 这可以通过另一个扩展功能轻松完成：

fun<T>T.addTo(collection:MutableCollection<T>)=collection.also{it.add(this)}

相关的实现是：

funfilterChars(){
    stack.push(mutableListOf<String>())
    while(stack.size>1){
        stack.swap()
        stack.push(
            "\\W|_".toRegex()
                .replace((stack.pop()asString)," ")
                .toLowerCase()
                .addTo(stack.pop()asMutableList<Any>)
        )
    }
    stack.extend(stack.pop()asMutableList<Any>)
}

将一个集合压入堆栈，交换，迭代弹出直到堆栈上只剩下一个元素，然后将结果压入堆栈的技巧，因为单个项目可以在其他函数中复制。 它仅需要其他扩展功能，具体取决于集合的类型， 例如 MutableMap 。

其他注意事项

还有一些其他注意事项值得一提。

评价

评估堆栈中一项的第一种方法是将其弹出，将其存储在堆中，然后在必要时将其再次推回。 可以通过使用peek()方法来避免这种情况： peek()允许获取对堆栈中第一个项目的引用，但不会从堆栈中弹出它-它仍然存在。

if((stack.peek()asString).length<2){
    // Do something
}

过滤

评估用于过滤项目。 要从堆栈中丢弃物品，只需将其弹出...就可以了。

if((stack.peek()asString).length<2)stack.pop() (1)
else(heap["words"]asMutableList<Any>).add(stack.pop()) (2)
  1. 筛选出项目
  2. 将项目存储在堆上

自定义堆栈实现

本章的另一项任务是创建自己的堆栈实现。 JDK中提供的默认Stack类存在一些问题：

  • 它继承自AbsractList ，从而实现List ！ 这意味着，尽管它提供了特定于堆栈的方法，例如pop()和push() ，但它也从整个继承层次结构中泄漏了许多无关的方法，例如add()和remove() 。 尽管我们的代码没有使用那些不相关的方法，但这仍然是一个糟糕的设计决策。
  • 它的父类是Vector 。 虽然每本身不会被弃用，这类下跌的青睐，因为在其使用的synchronized关键字。 从纯粹的性能角度来看，最好使用标准的ArrayList 。 如果需要线程安全，则可以在其周围使用Collections.synchronizedList() 。

由于设计和性能这两个原因，很少使用默认的Stack实现。

从设计的角度来看，自定义堆栈的合同非常简单：

interfaceStack<T>{
    valsize:Int
    funpush(t:T?)
    funpop():T
    funpeek():T
    funisNotEmpty()
}

从性能的角度看，看起来链表实现就足够了。 有没有搜索，仅添加/移除的第一个元素：在链接列表中的搜索是O（n），而添加和删除所述第一元件只O（1）。 JDK API提供了一个链接列表的实现，恰当地命名为LinkedList 。 使用它作为我们自定义堆栈合同中的委托是一件容易的事：

classStack<T>{

    privatevallist=LinkedList<T>()

    valsize:Int
        get()=list.size

    funpush(t:T?)=list.addFirst(t)
    funpop():T=list.removeFirst()
    funpeek():T=list.peekFirst()
    funisNotEmpty()=list.isNotEmpty()
}

结论

与上周的单个数组约束相比，代码库中需要的强制转换更少。

另一方面，堆栈机制要花一些时间来习惯，特别是如果要避免使用堆时：相关的心理健美操很有趣，尤其是交换。

这篇文章的完整源代码可以在Github上找到。

更进一步：

翻译自: https://blog.frankel.ch/exercises-programming-style/2/

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