Stack：最后进先出的数据结构，是解决复杂问题的利器

2022-11-05 13:50:42

Stack：数据结构中的“后进先出”王者

在计算机科学的浩瀚世界中，数据结构犹如基石，支撑着各种应用程序和算法的运作。其中，Stack 是一种重要的数据结构，以其独一无二的特性在各个领域大放异彩。

何谓Stack？

Stack，又称栈，是一种先进后出的数据结构，其遵循“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的原则。这意味着，最后一个进入Stack中的元素将第一个被移除。这种特性让Stack非常适合需要记录先前状态、以便在必要时恢复或利用之前值的场景。

Stack的原理

Stack的实现方式多种多样，其中最常见的两种是使用数组或链表。

数组实现： 采用数组实现Stack时，元素被存储在连续的内存空间中。元素入栈时会被添加到数组末尾，出栈时则从数组末尾删除。这种实现方式简单高效，但有一个缺点：当Stack已满时，无法再添加元素。

链表实现： 基于链表的Stack将元素存储在相互连接的节点中。入栈操作会将新元素添加到链表头部，出栈操作则从链表头部删除元素。链表实现的好处是可以动态调整Stack大小，但性能略逊于数组实现。

Stack的应用

Stack在计算机科学和算法中有着广泛的应用，包括：

浏览器导航： 浏览器的前进和后退按钮使用Stack来记录用户访问过的页面。
撤销/重做功能： 许多软件提供撤销和重做功能，它们通过Stack来存储用户之前执行的操作。
函数调用： 当一个函数被调用时，其局部变量和参数会被压入Stack中，函数返回时则会被弹出。
深度优先搜索： 深度优先搜索算法利用Stack来遍历图中的顶点。
表达式求值： 表达式求值器使用Stack来解析和求解数学表达式。

Stack示例

为了进一步理解Stack，让我们来看一个使用Python实现的Stack示例：

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

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

    def pop(self):
        if not self.is_empty():
            return self.items.pop()
        else:
            raise IndexError("Stack is empty")

    def peek(self):
        if not self.is_empty():
            return self.items[-1]
        else:
            raise IndexError("Stack is empty")

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

    def size(self):
        return len(self.items)