Rust 数据结构与算法：3栈：用栈实现符号匹配

1、符号匹配

如： (5+6)×(7+8)/(4+3)、{ { ( [ ] [ ])}}、(a+b)(c*d)func() 等各类语句的符号匹配。

这里我们关注的不是数字而是括号，因为括号更改了操作优先级，限定了语言的语义，这是非常重要的。如果括号不完整，那么整个表达式就是错的。

括号都必须以成对匹配的形式出现。括号匹配意味着每个开始符号都有相应的结束符号，并且括号必须正确嵌套，这样计算机才能正确处理。

真正具有挑战的是如何编写一个算法来从左到右读取一串符号，并决定括号是否匹配。处理的第一个左开始括号必须等待，直到其匹配最后一个右关闭括号为止。结束符号以相反的顺序匹配开始符号，从内到外，这是一个可以用栈来解决的问题。

括号匹配

具体算法原理：

一旦采用栈来保存括号，算法的具体实现就很简单了，因为栈的操作无非就是出入栈和判断而已。

从空栈开始，从左到右处理括号字符串。如果一个符号是开始符号，将其入栈；

如果是结束符号，则弹出栈顶元素并开始匹配这两个符号。

如果它们恰好是左右匹配的，就继续处理下一个括号，直到字符串处理完为止。

最后，当所有符号都被处理后，栈应该是空的。只要栈不为空，就说明有括号不匹配。

检测包含任意字符的字符串是否匹配的代码：

#[derive(Debug)]
struct Stack<T> {size: usize,  // 栈大小data: Vec<T>, // 栈数据
}impl<T> Stack<T> {// 初始化空栈fn new() -> Self {Self {size: 0,data: Vec::new(), // 以 Vec 为低层}}fn is_empty(&self) -> bool {0 == self.size}fn len(&self) -> usize {self.size}// 清空栈fn clear(&mut self) {self.size = 0;self.data.clear();}// 将数据保存在 Vec 的末尾fn push(&mut self, val: T) {self.data.push(val);self.size += 1;}// 将栈顶减 1 后，弹出数据fn pop(&mut self) -> Option<T> {if 0 == self.size {return None;};self.size -= 1;self.data.pop()}// 返回栈顶数据引用和可变引用fn peek(&self) -> Option<&T> {if 0 == self.size {return None;}self.data.get(self.size - 1)}fn peek_mut(&mut self) -> Option<&mut T> {if 0 == self.size {return None;}self.data.get_mut(self.size - 1)}// 以下是为栈实现的迭代功能// into_iter: 栈改变，成为迭代器// iter: 栈不变，得到不可变迭代器// iter_mut：栈不变，得到可变迭代器fn into_iter(self) -> IntoIter<T> {// into_iter()方法获取了一个迭代器，然后进行迭代IntoIter(self)}fn iter(&self) -> Iter<T> {let mut iterator = Iter { stack: Vec::new() };for item in self.data.iter() {iterator.stack.push(item);}iterator}fn iter_mut(&mut self) -> IterMut<T> {let mut iterator = IterMut { stack: Vec::new() };for item in self.data.iter_mut() {iterator.stack.push(item);}iterator}
}
// 实现三种迭代功能
struct IntoIter<T>(Stack<T>);
// Iterator 是 Rust 的迭代器 迭代器（iterator）负责遍历序列中的每一项和决定序列何时结束的逻辑。当使用迭代器时，我们无需重新实现这些逻辑。
impl<T: Clone> Iterator for IntoIter<T> {// into_iter()方法获取了一个迭代器，然后进行迭代。type Item = T;fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {// 迭代器之所以成为迭代器，是因为实现了Iterator trait。要实现该特征，最主要的就是实现其中的 next 方法，该方法控制如何从集合中取值，最终返回值的类型是关联类型 Item。if !self.0.is_empty() {self.0.size -= 1;self.0.data.pop()} else {None}}
}
// 'a 生命周期标识 用于帮助编译器检查引用的有效性，避免悬垂引用和使用已被释放的内存。
// 从所有权的角度来理解，就是它可以避免因为Copy或者clone的造成的不必要开销
struct Iter<'a, T: 'a> {stack: Vec<&'a T>, // 'a 被用在了传参类型 T 上
}
impl<'a, T> Iterator for Iter<'a, T> {type Item = &'a T; // 生命周期标识只作用于引用上，且放在&符号之后 如这里的 &'a Tfn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {self.stack.pop()}
}struct IterMut<'a, T: 'a> {stack: Vec<&'a mut T>,
}
impl<'a, T> Iterator for IterMut<'a, T> {type Item = &'a mut T;fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {self.stack.pop()}
}fn main() {let sa = "(2+3){func}[abc]";let sb = "(2+3)*(3-1";let sc = "{{([])}}";let sd = "((())";let se = "[[[]]]]]]]]]";let res1 = par_checker3(sa);let res2 = par_checker3(sb);let res3 = par_checker3(sc);let res4 = par_checker3(sd);let res5 = par_checker3(se);println!("sa balanced: {res1}");println!("sb balanced: {res2}");println!("sc balanced: {res3}");println!("sd balanced: {res4}");println!("se balanced: {res5}");
}// 同时检测多种开始符号和结束符号是否匹配
fn par_match(open: char, close: char) -> bool {let opens = "([{";let closers = ")]}";opens.find(open) == closers.find(close)
}
// 基于栈的符号匹配
fn par_checker3(par: &str) -> bool {let mut char_list = Vec::new();for c in par.chars() {char_list.push(c);}let mut index = 0;let mut balance = true;let mut stack = Stack::new();while index < char_list.len() && balance {let c = char_list[index];// 将开始符号入栈if '(' == c || '[' == c || '{' == c {stack.push(c);}// 如果是结束符号，则判断是否平衡if ')' == c || ']' == c || '}' == c {if stack.is_empty() {balance = false;} else {let top = stack.pop().unwrap();if !par_match(top, c) {balance = false;}}}// 非括号字符直接跳过index += 1;}balance && stack.is_empty()
}

运行结果：