走出认知误区！栈与队列数据结构揭秘：构建代码的基石

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2023-10-11 13:25:02

重新认识栈与队列数据结构，代码构建从入门到进阶

进入计算机科学的殿堂，栈和队列是两座无法绕过的山峰。它们是数据结构的基础，也是算法和计算机程序的核心组成部分。本文将带你从入门到进阶，领略栈与队列的魅力，为你构建代码打下坚实基础。

一、栈的定义与应用场景

栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的数据结构。就像叠叠乐一样，你只能从顶部添加或移除元素。栈的常见应用场景包括：

函数调用： 栈用于管理函数调用过程中的局部变量和参数。
语法分析： 栈用于解析表达式和语句的语法结构。
查找最近元素： 栈可以帮助你快速访问最近添加的元素。

二、栈的代码实现

用代码构建栈，你可以选择多种数据结构，包括数组、链表和指针。这里，我们将使用数组来实现栈：

class Stack:
    def __init__(self, size):
        self.stack = [None] * size
        self.top = -1

    def push(self, data):
        if self.top == len(self.stack) - 1:
            print("Stack Overflow!")
        else:
            self.top += 1
            self.stack[self.top] = data

    def pop(self):
        if self.top == -1:
            print("Stack Underflow!")
        else:
            data = self.stack[self.top]
            self.top -= 1
            return data

    def peek(self):
        if self.top == -1:
            print("Stack is empty!")
        else:
            return self.stack[self.top]

    def is_empty(self):
        return self.top == -1

    def size(self):
        return self.top + 1

三、队列的定义与应用场景

队列是一种遵循先进先出（FIFO）原则的数据结构。就像排队等候一样，先来的元素先被处理。队列的常见应用场景包括：

消息传递： 队列用于在进程或线程之间传递消息。
资源管理： 队列用于管理共享资源，如打印机和网络带宽。
任务调度： 队列用于调度任务的执行顺序。

四、队列的代码实现

与栈类似，队列也可以用数组、链表或指针等数据结构实现。这里，我们将使用数组来实现队列：

class Queue:
    def __init__(self, size):
        self.queue = [None] * size
        self.front = 0
        self.rear = -1

    def enqueue(self, data):
        if self.rear == len(self.queue) - 1:
            print("Queue Overflow!")
        else:
            self.rear += 1
            self.queue[self.rear] = data

    def dequeue(self):
        if self.front > self.rear:
            print("Queue Underflow!")
        else:
            data = self.queue[self.front]
            self.front += 1
            return data

    def peek(self):
        if self.front > self.rear:
            print("Queue is empty!")
        else:
            return self.queue[self.front]

    def is_empty(self):
        return self.front > self.rear

    def size(self):
        return self.rear - self.front + 1