栈：从手枪弹夹到计算机内存，详解栈的运作原理和应用场景

前端

2023-10-16 20:26:28

栈的基础概念

栈是一种线性的数据结构，只能在栈顶进行操作。新元素总是被推入栈顶，而要访问或删除元素，也必须从栈顶开始。这种结构确保了数据的先进后出顺序，即后加入的元素最先被取出。

栈的应用场景

栈在计算机科学和日常生活中都有广泛的应用：

内存管理： 计算机内存通常被组织成一个栈，当程序运行时，函数调用和局部变量都会被压入栈中。当函数返回或变量不再需要时，它们就会被弹出栈。这种管理方式使得内存空间能够得到有效的利用。
表达式求值： 在编译器中，栈被用来存储操作数和中间结果。表达式求值时，操作数被压入栈中，然后根据运算符进行计算，并将结果压入栈中。这种方式可以方便地处理复杂的表达式。
递归调用： 当一个函数调用自身时，称为递归调用。在递归调用中，每个函数调用都会将相关数据压入栈中，当函数返回时，这些数据会被弹出栈。这种方式可以方便地实现复杂的算法。
浏览器历史记录： 浏览器会将用户访问过的网页地址压入栈中，当用户点击“后退”按钮时，浏览器会将栈顶的地址弹出并加载该页面。
撤销/重做操作： 许多软件都提供撤销和重做操作，这些操作通常都是通过栈来实现的。当用户执行某个操作时，该操作会被压入栈中。当用户点击“撤销”按钮时，栈顶的操作会被弹出并撤销。当用户点击“重做”按钮时，栈顶的操作会被弹出并重做。

如何用代码实现栈

在代码中，栈可以通过数组或链表来实现。数组实现更为简单，但链表实现更为灵活。下面是一个用数组实现的栈的示例：

class Stack:
    def __init__(self):
        self.stack = []

    def push(self, item):
        self.stack.append(item)

    def pop(self):
        if len(self.stack) > 0:
            return self.stack.pop()
        else:
            return None

    def peek(self):
        if len(self.stack) > 0:
            return self.stack[-1]
        else:
            return None

    def is_empty(self):
        return len(self.stack) == 0

# 使用栈
stack = Stack()
stack.push(1)
stack.push(2)
stack.push(3)

print(stack.peek())  # 3
print(stack.pop())  # 3
print(stack.peek())  # 2