12 餐厅中的栈和队列

Frank俯下身子，快速地向门的方向跑去，他试着推门、拉门、踢门，但除了制造出巨大的声响外，一无所获。

Frank转向Socks，希望这位年轻的巫师知道可以让铁门扭曲的咒语。鉴于目前他们的处境，他相信Socks对使用开锁咒语应该没有意见。不过当Frank看到燃烧着的羊皮纸和向天花板上飘的烟雾时，他一时呆住了。他的脑海中浮现出了一个烟雾缭绕的厨房的景象，这让他回想起了在警察学院的第一年，他仿佛听到厨房中的厨师在对他大喊大叫。Frank用力地闭上了眼睛，试图将这个景象从脑海中抹去。

在警察学院的最初两个月，Frank利用课余时间在学校的餐厅打工。他干的工作并不怎么光鲜。新来的人都不会被安排着洗盘子，更不要说做饭了。Frank要做的是将一大堆洗干净的托盘、盘子和餐具从厨房拿到餐厅内的桌上，每个星期要花费15个小时。

即使工作很枯燥，Frank依然干得很开心。“看！我在给你们帮倒忙。我是你们这些勤杂工的天敌！”他会对那三个负责收拾桌子和脏乱餐具的勤杂工这样叫道。他试图去打破学院里两分钟内运送盘子数最多的纪录，但失败了。他还发明了一个可以在餐厅里玩的新游戏，叫扔勺子。但直到有一天，当他在餐厅内遇到Heappens教授的时候，他才学到了一些真正的知识。

“咳。有些数据结构就不应该存在于餐厅中。”Heappens教授边研究今天餐厅有哪些食物，边这样说道。

当时是下午两点半。吃午饭的人群高峰期已经过了。Frank Runtime正在努力将一堆碗运到放汤的地方。尽管教授那句话并不是对他说的，但他还是抬起了头，问道：“什么数据结构？”

“栈，”Heappens教授抬起头看着Frank说道，“栈不应该用在餐厅里。”

“不，它们用在这正好，”Frank用一种不知者无畏的语气说道，“你看，这些碗、盘和煎饼都是以栈的形式放着的。”

Heappens不屑地挥了挥手，准备走开，说道：“算了，你对数据结构又知道些什么？”

“不然你还能怎么摆它们？”Frank问道，“要是摊开来摆的话也太占空间了。”

教授停下来，十分担忧地看着Frank。这样看了快一分钟后，他说道：“你知道栈和队列的区别吗？”

Frank摇了摇头。他还没有上过警察数据结构这门课。

“栈是后进先出的数据结构，”教授解释道，“它支持两种操作：将一个东西放入顶端，以及从顶端拿出一个东西来。”

他指了指面前那一叠盘子，“就像这叠盘子一样。你可以把一个盘子放上去。”

他将手里拿的空盘子放了上去。

“也可以从顶端拿一个盘子下来。”他将自己的盘子拿了回来。

“每次你从栈里面拿出一个东西的时候，你拿到的都是最近才放上去的。最先被放进去的东西会一直待在栈的最底部，直到你把它上面的所有其他东西都拿出来。”

“所以呢？”Frank问道，“这有什么问题？”

“如果你正确使用它的话，后进先出的数据结构没什么问题。在你写深度优先算法的时候，栈有用极了。你只用每次将新的搜索选项放到栈的最顶端，然后在倒退的时候把它们从顶端拿出来就好了。但餐厅已经错误地用栈好几十年了。

“就比如这一叠盘子。你知道最下面那一个盘子已经在这待了多久了吗？”

Frank试图回忆他上次看到盘子这里空着是什么时候，但他根本想象不出来这个画面。

“五年！”Heappens教授叫道，“我知道，因为我对这个盘子标记过。五年来，你们这样的学生不断地把新的盘子放在最顶端，而最下面这个盘子从来没有被用过。它的边缘一直在那沾灰。

“但这并不是最可怕的。看看他们是怎么处理这些土豆泥的。”

Frank眼睛扫了扫旁边那一大木碗的土豆泥。一个厨师正在往里面加刚出炉的土豆泥。那个厨师手里拿着一个大锅，正愉快地用一个长柄勺把土豆泥从锅中揽到碗中。过了一会儿Frank才意识到厨师只是将原来的土豆泥埋在了最下面。他的胃开始不舒服了。

“最下面的土豆泥放了多久了？”Frank问道，其实Frank并不想知道答案。

“别担心。他们至少每周会将这些木碗洗一次。所以再久也不过一周。”

Frank并没有感到欣慰。事实上，他感到非常不舒服。快速扫了一圈，Frank看到餐厅内几乎每个地方都在用后进先出的数据结构。当他看到装沙拉酱的大桶时，他不敢再看下去了，他感到既慌张又恶心。

“我们能做些什么？”Frank问道。

“用队列，”教授回答道，“队列几乎可以说是为餐厅量身定制的。”

“队列？”Frank问道。

“先进先出的数据结构，”Heappens教授解释道，“像栈一样，它们同样是用来储存东西的，并且也支持两种操作。你可以将一个东西放到队列的最后，也可以从最前面拿出一个东西来。这样，你拿出来的永远都是最先放进去的东西。”

Frank想象了一下每次都从一叠盘子的最底下拿盘子，多麻烦，于是问道：“但如何做呢？”

“这正是数据结构如何运作的问题。看看等三明治的人所排的队，那就是一个队列。现在队里面有四个人，而最前面的人已经等待的时间最长。”

正当Heappens教授说着，又有一个人开始排队了。“看，他走到了队列的最后。”教授说道。

Frank和教授看着那条队伍，直到排在第一位的人拿着自己的三明治走了。

“看，有人从队伍最前面离开了，”教授开心地说道，“这个餐厅需要更多的队列。所有餐厅都需要更多的队列。”

Frank想到了之前看到的土豆泥，意识到教授说的没错。数据的储存方式可以很大程度上影响到它被存取的方式。对于土豆泥的这种情况，存取的顺序是很重要的。

即便意识到这点很容易，Frank花了好几天才把队列这种数据结构用到了餐厅里。改变盘子和碗存取的方式相对简单一些，他只需要把原来的那堆盘子或碗拎起来，然后把新的放在最底下就好了。说服厨师让他们改变加菜的方式就困难多了，厨师们非常享受将一大勺一大勺的土豆泥揽到碗里的这个过程。最终，Frank提议让他们用两个碗，每次将那碗旧的土豆泥揽到新的土豆泥的碗里。虽然严格来说这还不是一个队列，但这样做既让厨师们依然可以享受到揽土豆泥的乐趣，也避免了旧的食物被埋在新的食物下面。