数据结构之——栈

2024-02-14 07:28:43

栈的基本概念

栈（stack）是一种运算受限的线性数据结构，顾名思义，栈只能在一端进行添加和删除元素，这称为栈顶（top），另一端称为栈底（bottom）。栈的底层实现通常是数组，但它本质上是一种抽象的数据类型，因此可以在不同的编程语言中以不同的方式实现。

栈的特点

后进先出（Last In First Out，LIFO）：栈遵循后进先出的原则，即最后添加的元素最先被删除。这个特性与队列（FIFO，First In First Out）相反。
有限容量：栈通常具有有限的容量，由底层实现决定。当栈已满时，不能再添加元素，需要先删除元素才能添加。
栈顶指针：栈通常使用栈顶指针来标记栈顶的位置。栈顶指针始终指向栈中最后一个元素，因此添加或删除元素时只需更新栈顶指针即可。

栈的操作

栈的基本操作包括：

push()：将一个元素压入栈顶。
pop()：从栈顶弹出并删除一个元素。
peek()：查看栈顶元素，但不删除它。
isEmpty()：检查栈是否为空。
size()：返回栈中元素的数量。

栈的应用

栈在计算机科学和实际生活中都有广泛的应用，以下列举一些常见的场景：

函数调用：在计算机程序中，当一个函数调用另一个函数时，被调用的函数的参数和局部变量会压入栈中，函数返回时再将这些信息弹出栈。这使得函数调用和返回成为一种后进先出的过程。
浏览器历史记录：浏览器会将用户访问过的网页压入栈中，用户可以随时通过后退和前进按钮在访问过的网页之间导航。
撤销操作：许多软件都有撤销操作，这通常通过将操作信息压入栈中来实现。当用户执行撤销操作时，栈顶的操作信息会被弹出并执行逆操作。
表达式求值：在编译器和解释器中，栈通常用于存储表达式中的操作数和运算符。通过后缀表达式（逆波兰表达式）可以实现高效的表达式求值。

栈的实现

栈的底层实现通常是数组，但也可以使用链表或其他数据结构。以下是一段使用数组实现栈的伪代码：

class Stack {
    private int[] arr;
    private int top;

    public Stack(int capacity) {
        arr = new int[capacity];
        top = -1;
    }

    public void push(int value) {
        if (top == arr.length - 1) {
            throw new StackOverflowError();
        }
        arr[++top] = value;
    }

    public int pop() {
        if (top == -1) {
            throw new StackUnderflowError();
        }
        return arr[top--];
    }

    public int peek() {
        if (top == -1) {
            throw new StackUnderflowError();
        }
        return arr[top];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }

    public int size() {
        return top + 1;
    }
}