Структура та реалізація даних стеку в Python, Java та C / C ++

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:

  1. Вказівник під назвою TOP використовується для відстеження верхнього елемента в стеку.
  2. При ініціалізації стека ми встановлюємо його значення -1, щоб ми могли перевірити, чи стек порожній, порівнюючи TOP == -1.
  3. Натискаючи елемент, ми збільшуємо значення TOP і розміщуємо новий елемент у позиції, на яку вказує TOP.
  4. Вискакуючи елемент, ми повертаємо елемент, на який вказує TOP, і зменшуємо його значення.
  5. Перед натисканням ми перевіряємо, чи стек вже заповнений
  6. 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.

Цікаві статті...