【stack】在计算机科学中,“Stack”是一个非常基础且重要的数据结构,广泛应用于程序设计、算法实现以及系统资源管理等多个领域。它遵循“后进先出”(LIFO, Last In First Out)的原则,意味着最后被插入的元素会最先被取出。
一、Stack 简要总结
定义:
栈是一种线性数据结构,只能在一端进行插入和删除操作,这一端称为“栈顶”,另一端称为“栈底”。
特点:
- 后进先出(LIFO)
- 只能从顶部操作
- 支持两种主要操作:`push`(入栈)和 `pop`(出栈)
应用场景:
- 函数调用栈(用于保存函数执行状态)
- 表达式求值与括号匹配
- 浏览器历史记录
- 回溯算法(如深度优先搜索)
优点:
- 操作简单,时间复杂度为 O(1)
- 易于实现和维护
缺点:
- 存储空间固定(静态栈)或受限(动态栈)
- 不支持随机访问
二、Stack 的基本操作对比表
操作名称 | 描述 | 时间复杂度 | 是否允许空栈操作 |
Push | 将元素添加到栈顶 | O(1) | 否(需先判断是否满) |
Pop | 移除栈顶元素 | O(1) | 否(需先判断是否为空) |
Peek | 查看栈顶元素,不移除 | O(1) | 否(需先判断是否为空) |
isEmpty | 判断栈是否为空 | O(1) | 是 |
isFull | 判断栈是否已满 | O(1) | 是(仅适用于静态栈) |
三、常见实现方式
实现方式 | 说明 | 优点 | 缺点 |
数组实现 | 使用数组模拟栈结构 | 简单高效 | 长度固定,无法动态扩展 |
链表实现 | 使用链表结构实现栈 | 动态扩展,灵活 | 操作稍复杂,内存开销略大 |
四、实际应用示例
应用场景 | 说明 |
函数调用 | 每次调用函数时,将返回地址和局部变量压入栈,函数返回时再弹出 |
表达式求值 | 如中缀表达式转后缀表达式,使用栈处理运算符优先级 |
括号匹配 | 通过栈检查括号是否闭合正确 |
浏览器历史 | 用户点击“返回”按钮时,从栈中弹出上一个页面 |
五、总结
栈作为一种基础的数据结构,在编程中有着极其广泛的应用。它的简单性和高效性使其成为许多高级算法和系统功能的基础。理解栈的工作原理及其应用场景,有助于提高代码效率和解决实际问题的能力。无论是学习编程还是深入系统设计,掌握栈的概念和实现方式都是非常有必要的。