In diesem Tutorial lernen Sie die Stack-Datenstruktur und ihre Implementierung in Python, Java und C / C ++ kennen.
Ein Stapel ist eine nützliche Datenstruktur bei der Programmierung. Es ist wie ein Stapel Teller, die übereinander gehalten werden.
Stapeldarstellung ähnlich einem Plattenhaufen
Denken Sie über die Dinge nach, die Sie mit einem solchen Stapel Teller tun können
- Legen Sie einen neuen Teller darauf
- Entfernen Sie die obere Platte
Wenn Sie die Platte unten haben möchten, müssen Sie zuerst alle Platten oben entfernen. Eine solche Anordnung wird als Last In First Out bezeichnet - das letzte Element, das als erstes ausgeht.
LIFO-Prinzip des Stapels
In Bezug auf die Programmierung wird das Platzieren eines Elements auf dem Stapel als Push und das Entfernen eines Elements als Pop bezeichnet .
Stack-Push- und Pop-Operationen
Im obigen Bild wurde Punkt 2, obwohl er zuletzt beibehalten wurde, zuerst entfernt, sodass er dem LIFO- Prinzip (Last In First Out) folgt .
Wir können einen Stack in jeder Programmiersprache wie C, C ++, Java, Python oder C # implementieren, aber die Spezifikation ist ziemlich gleich.
Grundlegende Operationen des Stapels
Ein Stapel ist ein Objekt (ein abstrakter Datentyp - ADT), das die folgenden Operationen ermöglicht:
- Push : Fügen Sie ein Element oben auf einem Stapel hinzu
- Pop : Entfernen Sie ein Element von der Oberseite eines Stapels
- IsEmpty : Überprüfen Sie, ob der Stapel leer ist
- IsFull : Überprüfen Sie, ob der Stapel voll ist
- Peek : Ermittelt den Wert des obersten Elements, ohne es zu entfernen
Arbeiten der Stack-Datenstruktur
Die Operationen funktionieren wie folgt:
- Ein Zeiger namens TOP wird verwendet, um das oberste Element im Stapel zu verfolgen.
- Bei der Initialisierung des Stapels setzen wir seinen Wert auf -1, damit wir durch Vergleichen überprüfen können, ob der Stapel leer ist
TOP == -1. - Beim Drücken eines Elements erhöhen wir den Wert von TOP und platzieren das neue Element an der Position, auf die TOP zeigt.
- Beim Poppen eines Elements geben wir das Element zurück, auf das TOP zeigt, und reduzieren seinen Wert.
- Vor dem Drücken prüfen wir, ob der Stapel bereits voll ist
- Vor dem Poppen prüfen wir, ob der Stapel bereits leer ist
Arbeiten der Stack-Datenstruktur
Stapelimplementierungen in Python, Java, C und C ++
Die häufigste Stapelimplementierung verwendet Arrays, kann jedoch auch mithilfe von Listen implementiert werden.
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.
