数据结构:栈

栈(Stack)是一种先进后出(LIFO)的数据结构,它只允许在栈顶进行插入和删除操作。栈可以用数组或链表来实现。

在栈中,插入和删除操作通常称为入栈(push)和出栈(pop)。当插入一个元素时,它被放置在栈顶,当删除一个元素时,它是从栈顶删除的。栈顶是栈中最新添加的元素,栈底是栈中最早添加的元素。

栈的应用非常广泛,例如,计算机中的函数调用和递归调用都是通过栈来实现的。当一个函数被调用时,它的参数、返回地址和局部变量等信息被压入栈中,当函数返回时,这些信息又从栈中弹出。

以下是栈的基本操作:

push(element):将一个元素压入栈顶。

pop():从栈顶弹出一个元素。

top():返回栈顶元素,但不对栈进行修改。

isEmpty():判断栈是否为空。

size():返回栈中元素的个数。

栈的时间复杂度为O(1),因为所有操作都是在栈顶进行的。但是,栈的空间复杂度为O(n),因为需要存储所有元素。

在计算机中,栈(Stack)被广泛应用于函数调用、表达式求值、编译器、操作系统等领域。

  1. 函数调用:当一个函数被调用时,它的参数、返回地址和局部变量等信息被压入栈中,当函数返回时,这些信息又从栈中弹出。这个过程被称为函数调用栈,它是实现函数调用的基础。
  2. 表达式求值:当计算机对一个表达式进行求值时,通常使用栈来实现。例如,将中缀表达式转换成后缀表达式时,需要使用栈来存储运算符,以便正确计算表达式的值。
  3. 编译器:编译器将源代码转换成目标代码的过程中,使用栈来实现语法分析和代码生成等功能。例如,在编译器中,使用栈来存储变量、函数、语句等信息。
  4. 操作系统:操作系统中的进程调度、中断处理等功能也需要使用栈来实现。例如,当一个进程被中断时,操作系统会将当前进程的上下文信息(寄存器的值、程序计数器的值等)压入栈中,然后执行中断处理程序。当中断处理程序执行完毕后,操作系统会从栈中弹出上下文信息,恢复当前进程的执行。

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