一、定义
栈是限定在表的同一端进行插入或删除的线性表,进行插入或删除操作的一端称为栈顶,另一端为栈底。
插入数据元素的操作叫做入栈,删除数据元素的操作叫做出栈,它具有先进后出(First In Last Out,FILO)的特性。
二、栈的基本操作分析
线性表可以通过顺序存储和链式存储来实现,作为操作受限的线性表也一样。
顺序存储结构中,一般会使用数组来实现,定义一个栈,约定使用 top
来存放栈顶元素的位置,当 top=-1
时表示栈为空,当 top=array.length-1
时,表示栈满。
顺序栈的数据元素空间大小是预先分配好的,当空间全部满了后再入栈会溢出,栈为空时出栈会异常。
链式存储结构中,可以使用单向链表来实现,栈的插入和删除等操作都只会在栈顶一端进行,所以把链表头部作为栈顶效率更高。
1. 入栈
顺序存储中,通过 top
来定位栈顶位置,然后做入栈操作,执行完后 top
移到新的栈顶位置。
链式存储中,将新的结点添加到链表头部,完成入栈。
2. 出栈
顺序存储中,通过 top
定位并获取栈顶元素,然后做出栈操作,执行完后 top
移动到新的栈顶位置。
链式存储中,获取到头部结点元素后,然后删除该结点。
三、栈的常见应用场景
1. 函数调用
任何一种高级编程语言(C、Java 等)都支持把反复执行的程序段封装成一个函数(或方法)。
在函数中支持调用另一个函数,这种嵌套调用的方式就是基于栈来实现的。
函数相关的信息都存储在栈内的数据元素中,我们把这个称作栈帧。
例如在 Java 中,程序 main -> method_1 -> method_2 -> method_3
调用情况如下:
2. 表达式求值
我们可以使用两个栈结构来实现四则混合运算表达式的求值,两个栈分别用于存储操作数和运算符。
例如编程对 进行求值。
3. 浏览器的前进后退功能
浏览器中对历史页面的前进后退功能,也可以使用两个栈来实现。
例如先后请求 baidu.com
、yahoo.com
和 sina.com
。
四、代码示例
具体的代码实现如下:
Gitee:
https://gitee.com/code_artist/DataStructure
GitHub: