日拱一卒，栈起高楼：从入门到精通

后端

2024-01-28 14:38:11

探索栈：计算机科学中的后进先出数据结构

在计算机科学的庞杂领域中，数据结构是奠基石，而栈（Stack）则是其中至关重要的成员。作为一种独特的线性表，栈以其“后进先出”（Last-In-First-Out）的特性脱颖而出，在解决实际问题中扮演着不可或缺的角色。

何为栈？

本质上，栈是一种特殊类型的线性表，其中数据的插入和删除只能在表的末尾进行，即栈顶。想象一下叠盘子，你只能从最上面的一块盘子开始取用或添加。这种限制赋予了栈独一无二的“后进先出”特性。

栈的储存方式

栈主要有两种储存方式：

顺序栈： 顾名思义，顺序栈使用连续的内存空间存储数据，通常以数组的形式实现。这种方式简单高效，但需要预先分配固定大小的内存空间。
链式栈： 链式栈则使用链表存储数据，每个结点存储一个数据元素和指向下一个结点的指针。链式栈的优势在于不需要预先分配内存空间，可以动态地增加或减少结点数。

栈的基本操作

栈的基本操作包括：

push： 将一个元素推入栈顶。
pop： 将栈顶元素弹出。
peek： 获取栈顶元素，但不弹出。
isEmpty： 判断栈是否为空。
isFull： 判断栈是否已满（仅适用于顺序栈）。

栈的应用

栈的应用场景广泛，包括：

函数调用： 栈用于存储函数调用的返回地址，确保函数调用结束后能正确返回。
算术表达式求值： 栈用于存储操作数和运算符，后缀表达式（逆波兰表达式）的求值过程就是栈的典型应用。
浏览器历史记录： 浏览器的前进和后退操作实际上是由栈来实现的，每一次浏览的网页都会被压入栈中。
回溯算法： 栈用于存储搜索路径，当需要回溯时，可以弹出栈顶元素，回到上一个状态。

构建自己的栈

你可以使用多种语言构建自己的栈，以下是一个用 Java 实现的简单栈类：

class Stack<T> {

    private ArrayList<T> elements;

    public Stack() {
        elements = new ArrayList<>();
    }

    public void push(T element) {
        elements.add(element);
    }

    public T pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elements.remove(elements.size() - 1);
    }

    public T peek() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elements.get(elements.size() - 1);
    }

    public boolean isEmpty() {
        return elements.isEmpty();
    }
}