掌握栈结构，提升你的编程水平

前端

2023-11-21 09:46:47

栈：后进先出的数据结构之王

栈的定义与概念

栈，或称堆栈（stack），是一种按照后进先出（LIFO - Last In First Out）原则组织数据的线性结构。后进先出是指数据在栈中存储时，最后添加的元素（顶端元素）最先被移除，就像摞盘子一样，最后摞上的盘子最先被端走。

栈的工作原理

栈的数据存储和处理遵循以下基本原则：

入栈（push）： 将新元素添加到栈顶，也就是栈的末端。
出栈（pop）： 从栈顶移除元素，并返回该元素。
栈顶（top）： 指向栈顶元素的指针，指向栈中最后一个被添加的元素。
栈底（bottom）： 指向栈底元素的指针，指向栈中最先被添加的元素。
空栈： 当栈中没有任何元素时，称为空栈。

栈的优势与劣势

栈结构拥有许多优点，包括：

简单性： 栈是一种非常简单的结构，易于理解和实现。
快速访问： 入栈和出栈操作都在栈顶进行，因此访问栈顶元素非常快。
高效性： 由于栈是后进先出结构，因此入栈和出栈操作的时间复杂度都是O(1)，即常数时间。

但栈结构也有一些缺点：

有限容量： 栈的大小是有限的，一旦栈满，就无法再添加元素，需要处理溢出情况。
顺序访问： 栈中的元素只能按顺序访问，无法直接访问中间的元素。

栈的应用示例与代码实现

栈在计算机科学中有着广泛的应用，常见于以下场景：

撤销/重做操作： 栈可以存储用户操作的历史记录，以便随时撤销或重做操作。
函数调用： 栈用于存储函数调用时的局部变量和返回地址，以便函数调用结束后可以返回到正确的调用位置。
表达式求值： 栈可以存储表达式的操作数和运算符，并按照一定的规则进行计算。
深度优先搜索（DFS）： 栈可以存储搜索过程中的路径，以便回溯时返回到正确的路径。
浏览器历史记录： 浏览器使用栈来存储访问过的网页，以便用户可以轻松地返回或前进到之前的页面。

以下是用 C++ 实现的简单栈类代码示例：

class Stack {
private:
    std::vector<int> elements; // 存储栈元素的向量

public:
    // 入栈操作
    void push(int element) {
        elements.push_back(element);
    }

    // 出栈操作
    int pop() {
        if (elements.empty()) {
            throw std::runtime_error("Stack is empty");
        }
        int topElement = elements.back();
        elements.pop_back();
        return topElement;
    }

    // 获取栈顶元素
    int top() {
        if (elements.empty()) {
            throw std::runtime_error("Stack is empty");
        }
        return elements.back();
    }

    // 判断栈是否为空
    bool empty() {
        return elements.empty();
    }
};