У цьому підручнику ви дізнаєтеся про структуру даних стека та їх реалізацію в Python, Java та C / C ++.
Стек - це корисна структура даних при програмуванні. Це просто як купа тарілок, що тримаються одна на одній.
Зображення стека схоже на купу тарілки
Подумайте, що ви можете зробити з такою купою тарілок
- Покладіть зверху нову тарілку
- Зніміть верхню пластину
Якщо ви хочете, щоб пластина була знизу, спочатку потрібно зняти всі пластини зверху. Така домовленість називається Last In First Out - останній елемент, який першим виходить.
Принцип стека LIFO
З точки зору програмування, розміщення елемента поверх стека називається push, а видалення елемента - pop .
Стек і натискання операцій
На наведеному вище зображенні, хоча елемент 2 зберігався останнім, його видалили першим, тож він відповідає принципу Last In First Out (LIFO) .
Ми можемо реалізувати стек на будь-якій мові програмування, як-от C, C ++, Java, Python або C #, але специфікація майже однакова.
Основні операції стека
Стек - це об’єкт (абстрактний тип даних - ADT), який дозволяє виконувати такі операції:
- Натискання : додавання елемента у верх стека
- Поп : Видаліть елемент з верхньої частини стека
- IsEmpty : Перевірте, чи стек порожній
- IsFull : Перевірте, чи стек заповнений
- Peek : Отримайте значення верхнього елемента, не виймаючи його
Робота структури даних стеку
Операції працюють наступним чином:
- Вказівник під назвою TOP використовується для відстеження верхнього елемента в стеку.
- При ініціалізації стека ми встановлюємо його значення -1, щоб ми могли перевірити, чи стек порожній, порівнюючи
TOP == -1. - Натискаючи елемент, ми збільшуємо значення TOP і розміщуємо новий елемент у позиції, на яку вказує TOP.
- Вискакуючи елемент, ми повертаємо елемент, на який вказує TOP, і зменшуємо його значення.
- Перед натисканням ми перевіряємо, чи стек вже заповнений
- Перед вискакуванням ми перевіряємо, чи стек вже порожній
Робота структури даних стеку
Реалізації стеку в Python, Java, C та C ++
Найбільш поширеною реалізацією стеку є використання масивів, але вона також може бути реалізована за допомогою списків.
Python Java C 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.
