程序设计基础：认识栈的数据结构

前端

2023-09-25 10:22:45

栈：一种先进后出的线性数据结构

简介

栈是一种基本的数据结构，在计算机科学和编程中有着广泛的应用。它遵循先进后出的 (LIFO) 原则，这意味着最后添加到栈中的元素将首先被删除。就像一叠盘子，最后放在上面的盘子将首先被拿走。

栈的特点

先进后出 (LIFO)： 栈严格遵守 LIFO 原则，后进的元素先出。
只允许在栈顶添加和删除元素： 只能在栈顶进行元素的添加和删除操作，中间位置不允许插入或删除。
简单高效： 栈的数据结构简单，操作高效，非常适合需要快速访问和删除元素的情况。

栈的实现

栈可以用数组或链表来实现：

数组实现： 使用数组来实现栈相对简单，使用一个指针标记栈顶的位置，然后通过指针访问和操作栈中的元素。但数组实现存在一个缺点，当栈满时需要进行内存重新分配，这可能会降低性能。
链表实现： 使用链表实现栈可以避免内存重新分配的问题，但链表的插入和删除操作比数组略慢。

栈的应用

栈在计算机科学中有许多应用，包括：

编译器： 存储中间代码和符号表。
虚拟机： 存储函数调用信息和局部变量。
操作系统： 存储进程信息和中断处理程序。
数据库： 存储查询处理过程中的中间结果。

栈的优缺点

优点：
- 简单高效
- 快速访问和删除元素
缺点：
- 先进后出原则可能不适用于所有场景
- 存储空间有限，栈满时无法添加新元素

栈与队列的区别

栈和队列都是线性数据结构，但遵循不同的原则。栈遵循先进后出的原则，而队列遵循先进先出的原则 (FIFO)。因此，队列更适合按顺序处理数据的场景。

代码示例

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

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

    def pop(self):
        return self.items.pop()

    def peek(self):
        return self.items[-1]

    def is_empty(self):
        return self.items == []

my_stack = Stack()

my_stack.push(1)
my_stack.push(2)
my_stack.push(3)

print(my_stack.pop())  # 3
print(my_stack.peek())  # 2
print(my_stack.is_empty())  # False