栈(Stack)是一种先进后出(Last In, First Out)的线性数据结构。
栈的基本操作包括入栈和出栈,入栈即向栈顶插入元素,出栈即将栈顶的元素删除并返回。
栈可以使用数组或链表实现。数组实现的栈需要预先指定容量,而链表实现的栈没有容量限制。
栈由两部分构成:
1. 存储栈元素的空间,可以是数组或链表;
2. 维护栈顶指针,指向栈顶元素。
栈顶指针通常指向栈顶元素的下一个位置。当栈为空时,栈顶指针指向栈底。
栈可以用于许多算法和编程问题中,例如:
1. 函数调用栈(调用栈):当程序执行函数调用时,每个函数都会有自己的栈帧(存储函数参数、局部变量等的空间)加入函数调用栈,函数返回时,对应栈帧会被弹出。
2. 表达式求值:通过使用两个栈,一个存储操作数,另一个存储操作符,可以实现中缀表达式转后缀表达式,并用后缀表达式计算结果。
3. 回文判断:将字符串中的字符入栈,再将栈中的元素出栈与原字符串对比,若相同则为回文。
4. 网页浏览器的前进后退功能:使用两个栈,一个用来存储浏览页面历史,另一个用来存储返回页面历史,可以实现前进后退功能。
栈的优点:
1. 栈只在栈顶进行插入和删除操作,操作简单高效。
2. 栈可以轻松地解决一些需要“后进先出”访问的问题,例如倒置字符串、逆序输出等。
3. 栈的空间使用是连续的,读写效率高。
栈的缺点:
1. 栈的容量需要预先分配,难以动态扩展。
2. 栈的调用存在深度限制。函数调用栈的深度越深,栈空间的使用率越高,可能会导致栈溢出。
3. 由于栈的特殊性质,它只能访问栈顶元素,不能访问其他元素,限制了它的灵活性和应用范围。