掌握栈结构，探索计算机科学中的强大工具

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2023-12-02 18:19:16

栈：一种强大且实用的数据结构

简介

在计算机科学的浩瀚世界中，栈扮演着不可或缺的角色。它是一种独特且强大的数据结构，以其先入后出 （LIFO）的特性而闻名，类似于现实生活中叠罗汉或子弹夹的运作方式。

栈的内部机制

栈的实现可以采用多种方式，其中最常见的是数组和链表。数组实现简单高效，但可能存在空间浪费的问题。而链表实现更具灵活性，但性能略逊于数组实现。

无论是哪种实现，栈的结构本质上是一维的。它维护着一个称为栈顶的指针，指向栈中最近添加的元素。新元素总是添加到栈顶，而现有元素则从栈底弹出。

栈的广泛应用

栈在计算机科学中无处不在，拥有众多实际应用。它广泛应用于：

函数调用： 存储函数调用过程中传递的参数和局部变量。
表达式求值： 对数学表达式进行后缀求值。
括号匹配： 验证各种编程语言中的括号是否匹配。
递归算法： 记录递归函数调用的历史。
深度优先搜索： 探索图或树中的节点。
浏览器历史记录： 跟踪用户在浏览器中浏览过的页面。
撤销/重做功能： 管理用户在软件应用程序中执行的操作。
文件目录结构： 表示文件和目录之间的层级关系。

栈的代码示例

以下是用 C 语言实现的栈数据结构：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct StackNode {
    int data;
    struct StackNode *next;
} StackNode;

typedef struct Stack {
    StackNode *top;
    int size;
} Stack;

Stack *createStack() {
    Stack *stack = (Stack *)malloc(sizeof(Stack));
    stack->top = NULL;
    stack->size = 0;
    return stack;
}

void push(Stack *stack, int data) {
    StackNode *newNode = (StackNode *)malloc(sizeof(StackNode));
    newNode->data = data;
    newNode->next = stack->top;
    stack->top = newNode;
    stack->size++;
}

int pop(Stack *stack) {
    if (stack->top == NULL) {
        printf("Stack is empty.\n");
        return -1;
    }
    StackNode *temp = stack->top;
    int data = temp->data;
    stack->top = temp->next;
    free(temp);
    stack->size--;
    return data;
}

int peek(Stack *stack) {
    if (stack->top == NULL) {
        printf("Stack is empty.\n");
        return -1;
    }
    return stack->top->data;
}

int main() {
    Stack *stack = createStack();
    push(stack, 1);
    push(stack, 2);
    push(stack, 3);
    printf("Top element: %d\n", peek(stack));
    printf("Popped element: %d\n", pop(stack));
    printf("Top element: %d\n", peek(stack));
    return 0;
}