W tym samouczku dowiesz się o strukturze danych stosu i ich implementacji w językach Python, Java i C / C ++.
Stos jest użyteczną strukturą danych w programowaniu. Jest jak stos talerzy ułożonych jeden na drugim.
Reprezentacja stosu podobna do stosu blachy
Pomyśl o tym, co możesz zrobić z takim stosem talerzy
- Połóż nowy talerz na wierzchu
- Zdejmij górną płytę
Jeśli chcesz, aby talerz był na dole, musisz najpierw usunąć wszystkie talerze na górze. Taki układ nazywa się Last In First Out - ostatnia pozycja, która wychodzi jako pierwsza.
Zasada stosu LIFO
W terminologii programowania umieszczanie przedmiotu na wierzchu stosu nazywa się wypychaniem, a usuwanie - pop .
Operacje typu stack push i pop
Na powyższym obrazku, chociaż element 2 został zachowany jako ostatni, został usunięty jako pierwszy - więc jest zgodny z zasadą Last In First Out (LIFO) .
Możemy zaimplementować stos w dowolnym języku programowania, takim jak C, C ++, Java, Python lub C #, ale specyfikacja jest prawie taka sama.
Podstawowe operacje na stosie
Stos to obiekt (abstrakcyjny typ danych - ADT), który umożliwia następujące operacje:
- Wepchnij : dodaj element na szczyt stosu
- Pop : Usuń element ze szczytu stosu
- IsEmpty : Sprawdź, czy stos jest pusty
- IsFull : Sprawdź, czy stos jest pełny
- Peek : Uzyskaj wartość górnego elementu bez usuwania go
Działanie struktury danych stosu
Operacje działają w następujący sposób:
- Wskaźnik o nazwie TOP służy do śledzenia górnego elementu stosu.
- Podczas inicjalizacji stosu ustawiamy jego wartość na -1, abyśmy mogli sprawdzić, czy stos jest pusty, porównując
TOP == -1. - Naciskając element zwiększamy wartość TOP i umieszczamy nowy element w pozycji wskazywanej przez TOP.
- Po wystrzeleniu elementu zwracamy element wskazywany przez TOP i zmniejszamy jego wartość.
- Przed pushowaniem sprawdzamy, czy stos jest już pełny
- Przed wystrzeleniem sprawdzamy, czy stos jest już pusty
Działanie struktury danych stosu
Implementacje stosu w Pythonie, Javie, C i C ++
Najpopularniejszą implementacją stosu jest używanie tablic, ale można ją również zaimplementować za pomocą list.
Python Java C + # Stack implementation in python # Creating a stack def create_stack(): stack = () return stack # Creating an empty stack def check_empty(stack): return len(stack) == 0 # Adding items into the stack def push(stack, item): stack.append(item) print("pushed item: " + item) # Removing an element from the stack def pop(stack): if (check_empty(stack)): return "stack is empty" return stack.pop() stack = create_stack() push(stack, str(1)) push(stack, str(2)) push(stack, str(3)) push(stack, str(4)) print("popped item: " + pop(stack)) print("stack after popping an element: " + str(stack))
// Stack implementation in Java class Stack ( private int arr(); private int top; private int capacity; // Creating a stack Stack(int size) ( arr = new int(size); capacity = size; top = -1; ) // Add elements into stack public void push(int x) ( if (isFull()) ( System.out.println("OverFlowProgram Terminated"); System.exit(1); ) System.out.println("Inserting " + x); arr(++top) = x; ) // Remove element from stack public int pop() ( if (isEmpty()) ( System.out.println("STACK EMPTY"); System.exit(1); ) return arr(top--); ) // Utility function to return the size of the stack public int size() ( return top + 1; ) // Check if the stack is empty public Boolean isEmpty() ( return top == -1; ) // Check if the stack is full public Boolean isFull() ( return top == capacity - 1; ) public void printStack() ( for (int i = 0; i <= top; i++) ( System.out.println(arr(i)); ) ) public static void main(String() args) ( Stack stack = new Stack(5); stack.push(1); stack.push(2); stack.push(3); stack.push(4); stack.pop(); System.out.println("After popping out"); stack.printStack(); ) )
// Stack implementation in C #include #include #define MAX 10 int count = 0; // Creating a stack struct stack ( int items(MAX); int top; ); typedef struct stack st; void createEmptyStack(st *s) ( s->top = -1; ) // Check if the stack is full int isfull(st *s) ( if (s->top == MAX - 1) return 1; else return 0; ) // Check if the stack is empty int isempty(st *s) ( if (s->top == -1) return 1; else return 0; ) // Add elements into stack void push(st *s, int newitem) ( if (isfull(s)) ( printf("STACK FULL"); ) else ( s->top++; s->items(s->top) = newitem; ) count++; ) // Remove element from stack void pop(st *s) ( if (isempty(s)) ( printf(" STACK EMPTY "); ) else ( printf("Item popped= %d", s->items(s->top)); s->top--; ) count--; printf(""); ) // Print elements of stack void printStack(st *s) ( printf("Stack: "); for (int i = 0; i items(i)); ) printf(""); ) // Driver code int main() ( int ch; st *s = (st *)malloc(sizeof(st)); createEmptyStack(s); push(s, 1); push(s, 2); push(s, 3); push(s, 4); printStack(s); pop(s); printf("After popping out"); printStack(s); )
// Stack implementation in C++ #include #include using namespace std; #define MAX 10 int size = 0; // Creating a stack struct stack ( int items(MAX); int top; ); typedef struct stack st; void createEmptyStack(st *s) ( s->top = -1; ) // Check if the stack is full int isfull(st *s) ( if (s->top == MAX - 1) return 1; else return 0; ) // Check if the stack is empty int isempty(st *s) ( if (s->top == -1) return 1; else return 0; ) // Add elements into stack void push(st *s, int newitem) ( if (isfull(s)) ( printf("STACK FULL"); ) else ( s->top++; s->items(s->top) = newitem; ) size++; ) // Remove element from stack void pop(st *s) ( if (isempty(s)) ( printf(" STACK EMPTY "); ) else ( printf("Item popped= %d", s->items(s->top)); s->top--; ) size--; cout << endl; ) // Print elements of stack void printStack(st *s) ( printf("Stack: "); for (int i = 0; i < size; i++) ( cout
Stack Time Complexity
For the array-based implementation of a stack, the push and pop operations take constant time, i.e. O(1).
Applications of Stack Data Structure
Although stack is a simple data structure to implement, it is very powerful. The most common uses of a stack are:
- To reverse a word - Put all the letters in a stack and pop them out. Because of the LIFO order of stack, you will get the letters in reverse order.
- In compilers - Compilers use the stack to calculate the value of expressions like
2 + 4 / 5 * (7 - 9) by converting the expression to prefix or postfix form.
- In browsers - The back button in a browser saves all the URLs you have visited previously in a stack. Each time you visit a new page, it is added on top of the stack. When you press the back button, the current URL is removed from the stack, and the previous URL is accessed.
