Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για τη δομή δεδομένων στοίβας και την εφαρμογή της σε Python, Java και C / C ++.
Μια στοίβα είναι μια χρήσιμη δομή δεδομένων στον προγραμματισμό. Είναι σαν ένα σωρό πιάτων που διατηρούνται το ένα πάνω στο άλλο.
Παράσταση στοίβας παρόμοια με ένα σωρό πλάκας
Σκεφτείτε τα πράγματα που μπορείτε να κάνετε με ένα τέτοιο σωρό πιάτων
- Βάλτε ένα νέο πιάτο πάνω
- Αφαιρέστε την επάνω πλάκα
Εάν θέλετε την πλάκα στο κάτω μέρος, πρέπει πρώτα να αφαιρέσετε όλες τις πλάκες από πάνω. Μια τέτοια ρύθμιση ονομάζεται Last In First Out - το τελευταίο στοιχείο που είναι το πρώτο στοιχείο που βγαίνει.
LIFO Αρχή της στοίβας
Σε όρους προγραμματισμού, η τοποθέτηση ενός στοιχείου στην κορυφή της στοίβας ονομάζεται push και η αφαίρεση ενός στοιχείου ονομάζεται pop .
Λειτουργίες Stack Push και Pop
Στην παραπάνω εικόνα, αν και το στοιχείο 2 διατηρήθηκε τελευταίο, καταργήθηκε πρώτα - επομένως ακολουθεί την αρχή Last In First Out (LIFO) .
Μπορούμε να εφαρμόσουμε μια στοίβα σε οποιαδήποτε γλώσσα προγραμματισμού όπως C, C ++, Java, Python ή C #, αλλά η προδιαγραφή είναι σχεδόν η ίδια.
Βασικές λειτουργίες του Stack
Μια στοίβα είναι ένα αντικείμενο (ένας αφηρημένος τύπος δεδομένων - ADT) που επιτρέπει τις ακόλουθες λειτουργίες:
- Push : Προσθέστε ένα στοιχείο στην κορυφή μιας στοίβας
- Pop : Αφαιρέστε ένα στοιχείο από την κορυφή μιας στοίβας
- IsEmpty : Ελέγξτε εάν η στοίβα είναι κενή
- IsFull : Ελέγξτε εάν η στοίβα είναι πλήρης
- Peek : Λάβετε την τιμή του κορυφαίου στοιχείου χωρίς να το αφαιρέσετε
Εργασία της δομής δεδομένων στοίβας
Οι λειτουργίες λειτουργούν ως εξής:
- Ένας δείκτης που ονομάζεται TOP χρησιμοποιείται για να παρακολουθεί το κορυφαίο στοιχείο στη στοίβα.
- Κατά την προετοιμασία της στοίβας, ορίζουμε την τιμή της σε -1, ώστε να μπορούμε να ελέγξουμε εάν η στοίβα είναι κενή συγκρίνοντας
TOP == -1. - Πατώντας ένα στοιχείο, αυξάνουμε την τιμή του TOP και τοποθετούμε το νέο στοιχείο στη θέση που δείχνει το TOP.
- Κατά την εμφάνιση ενός στοιχείου, επιστρέφουμε το στοιχείο που επισημαίνεται από το TOP και μειώνουμε την αξία του.
- Πριν το σπρώξουμε, ελέγχουμε αν η στοίβα είναι ήδη γεμάτη
- Πριν από την εμφάνιση, ελέγχουμε εάν η στοίβα είναι ήδη άδεια
Εργασία της δομής δεδομένων στοίβας
Εφαρμογές στοίβας σε Python, Java, C και C ++
Η πιο κοινή εφαρμογή στοίβας είναι η χρήση συστοιχιών, αλλά μπορεί επίσης να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας λίστες.
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.
