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2023-12-02 06:24:05 +08:00
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commit a7f5434009
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@ -6,9 +6,9 @@ comments: true
「栈 stack」是一种遵循先入后出的逻辑的线性数据结构。
我们可以将栈类比为桌面上的一摞盘子,如果需要拿出底部的盘子,则需要先将上面的盘子依次取出。我们将盘子替换为各种类型的元素(如整数、字符、对象等),就得到了栈数据结构。
我们可以将栈类比为桌面上的一摞盘子,如果想取出底部的盘子,则需要先将上面的盘子依次移走。我们将盘子替换为各种类型的元素(如整数、字符、对象等),就得到了栈这种数据结构。
如图 5-1 所示,我们把堆叠元素的顶部称为“栈顶”,底部称为“栈底”。将把元素添加到栈顶的操作叫“入栈”,删除栈顶元素的操作叫“出栈”。
如图 5-1 所示,我们把堆叠元素的顶部称为“栈顶”,底部称为“栈底”。将把元素添加到栈顶的操作叫“入栈”,删除栈顶元素的操作叫“出栈”。
![栈的先入后出规则](stack.assets/stack_operations.png){ class="animation-figure" }
@ -30,7 +30,7 @@ comments: true
</div>
通常情况下,我们可以直接使用编程语言内置的栈类。然而,某些语言可能没有专门提供栈类,这时我们可以将该语言的“数组”或“链表”作栈来使用,并在程序逻辑上忽略与栈无关的操作。
通常情况下,我们可以直接使用编程语言内置的栈类。然而,某些语言可能没有专门提供栈类,这时我们可以将该语言的“数组”或“链表”作栈来使用,并在程序逻辑上忽略与栈无关的操作。
=== "Python"
@ -316,11 +316,11 @@ comments: true
为了深入了解栈的运行机制,我们来尝试自己实现一个栈类。
栈遵循先入后出的原则,因此我们只能在栈顶添加或删除元素。然而,数组和链表都可以在任意位置添加和删除元素,**因此栈可以视为一种受限制的数组或链表**。换句话说,我们可以“屏蔽”数组或链表的部分无关操作,使其对外表现的逻辑符合栈的特性。
栈遵循先入后出的原则,因此我们只能在栈顶添加或删除元素。然而,数组和链表都可以在任意位置添加和删除元素,**因此栈可以视为一种受限制的数组或链表**。换句话说,我们可以“屏蔽”数组或链表的部分无关操作,使其对外表现的逻辑符合栈的特性。
### 1. &nbsp; 基于链表的实现
使用链表实现栈时,我们可以将链表的头节点视为栈顶,尾节点视为栈底。
使用链表实现栈时,我们可以将链表的头节点视为栈顶,尾节点视为栈底。
如图 5-2 所示,对于入栈操作,我们只需将元素插入链表头部,这种节点插入方法被称为“头插法”。而对于出栈操作,只需将头节点从链表中删除即可。
@ -335,7 +335,7 @@ comments: true
<p align="center"> 图 5-2 &nbsp; 基于链表实现栈的入栈出栈操作 </p>
以下是基于链表实现栈的示例代码
以下是基于链表实现栈的示例代码
=== "Python"
@ -1099,7 +1099,7 @@ comments: true
<p align="center"> 图 5-3 &nbsp; 基于数组实现栈的入栈出栈操作 </p>
由于入栈的元素可能会源源不断地增加,因此我们可以使用动态数组,这样就无须自行处理数组扩容问题。以下为示例代码
由于入栈的元素可能会源源不断地增加,因此我们可以使用动态数组,这样就无须自行处理数组扩容问题。以下为示例代码
=== "Python"
@ -1701,9 +1701,9 @@ comments: true
**时间效率**
在基于数组的实现中,入栈和出栈操作都在预先分配好的连续内存中进行,具有很好的缓存本地性,因此效率较高。然而,如果入栈时超出数组容量,会触发扩容机制,导致该次入栈操作的时间复杂度变为 $O(n)$ 。
在基于数组的实现中,入栈和出栈操作都在预先分配好的连续内存中进行,具有很好的缓存本地性,因此效率较高。然而,如果入栈时超出数组容量,会触发扩容机制,导致该次入栈操作的时间复杂度变为 $O(n)$ 。
在链表实现中,链表的扩容非常灵活,不存在上述数组扩容时效率降低的问题。但是,入栈操作需要初始化节点对象并修改指针,因此效率相对较低。不过,如果入栈元素本身就是节点对象,那么可以省去初始化步骤,从而提高效率。
基于链表实现中,链表的扩容非常灵活,不存在上述数组扩容时效率降低的问题。但是,入栈操作需要初始化节点对象并修改指针,因此效率相对较低。不过,如果入栈元素本身就是节点对象,那么可以省去初始化步骤,从而提高效率。
综上所述,当入栈与出栈操作的元素是基本数据类型时,例如 `int` 或 `double` ,我们可以得出以下结论。
@ -1712,7 +1712,7 @@ comments: true
**空间效率**
在初始化列表时,系统会为列表分配“初始容量”,该容量可能超实际需求并且,扩容机制通常是按照特定倍率(例如 2 倍)进行扩容,扩容后的容量也可能超出实际需求。因此,**基于数组实现的栈可能造成一定的空间浪费**。
在初始化列表时,系统会为列表分配“初始容量”,该容量可能超实际需求并且,扩容机制通常是按照特定倍率(例如 2 倍)进行扩容,扩容后的容量也可能超出实际需求。因此,**基于数组实现的栈可能造成一定的空间浪费**。
然而,由于链表节点需要额外存储指针,**因此链表节点占用的空间相对较大**。
@ -1720,5 +1720,5 @@ comments: true
## 5.1.4 &nbsp; 栈典型应用
- **浏览器中的后退与前进、软件中的撤销与反撤销**。每当我们打开新的网页,浏览器就会上一个网页执行入栈,这样我们就可以通过后退操作回到上一页。后退操作实际上是在执行出栈。如果要同时支持后退和前进,那么需要两个栈来配合实现。
- **程序内存管理**。每次调用函数时,系统都会在栈顶添加一个栈帧,用于记录函数的上下文信息。在递归函数中,向下递推阶段会不断执行入栈操作,而向上回溯阶段则会执行出栈操作。
- **浏览器中的后退与前进、软件中的撤销与反撤销**。每当我们打开新的网页,浏览器就会上一个网页执行入栈,这样我们就可以通过后退操作回到上一个网页。后退操作实际上是在执行出栈。如果要同时支持后退和前进,那么需要两个栈来配合实现。
- **程序内存管理**。每次调用函数时,系统都会在栈顶添加一个栈帧,用于记录函数的上下文信息。在递归函数中,向下递推阶段会不断执行入栈操作,而向上回溯阶段则会不断执行出栈操作。