栈的应用

    xiaoxiao2023-10-24  177

           栈(stack) 是一种后进先出的数据结构。怎么理解呢?可以把栈理解为一个箱子,而箱子的容量仅供一本书放入或拿出。每次可以把一本书放在箱子的最上方,也可以把箱子最上方的书拿出,如图所示。

           在图中,依次把1号书、2号书、3号数放入箱中,接下来再分别把3号书和2号书依次拿出,最后把4号书放入箱中。在这个过程中可以注意到,每次都只对栈顶(箱顶)的书进行操作(放入或拿出),满足了后放进的书先拿出的特点。例如,在把3号书放入箱中后,如果不把3号书先拿出,是不能拿出2号书和1号书的。

           由上面的例子已经基本可以理解栈是什么了,这里再介绍一下栈顶指针。栈顶指针是始终指向栈的最上方元素的一个标记,当使用数组实现栈时,栈顶指针是一个int 型的变量(数组下标从0开始),通常记为TOP;而当使用链表实现栈时,则是一个int*型的指针。在图中,从左至右每个操作之后,栈顶指针TOP的值分别为0、1、2、1、0、1,而栈中没有元素(即栈空)时令TOP为-1。

           接下来讲解栈的一些常用操作,包含清空(clear)、获取栈内元素个数( size),判空( empty)、进栈(push)、 出栈(pop)、 取栈顶元素(top) 等。

           下面将使用数组st[]来实现栈,而int 型变量TOP表示栈顶元素的下标( 数组下标从0开始),这样栈空时TOP就是1。下面对常见操作进行示范实现:

           (1)清空(clear)        栈的清空操作将栈顶指针TOP置为-I,表示栈中没有元素。

    void clear() { TOP =-1; }

           (2)获取栈内元素个数(size)         由于栈顶指针TOP始终指向栈顶元素,而数组下标从0开始,因此栈内元素的数为TOP+1.

    int size(){ return TOP +1; }

           (3)判空(empty)       由栈顶指针TOP的定义可知,仅当TOP=-I时为栈空,返回true;否则,返回false.

    bool empty(){ if(TOP ==-1) return true; else return false; }

          (4)进栈(push)       push(x)操作将元素x置于栈顶。由于栈顶指针TOP指向栈顶元素,因此需要先把TOP加1,然后再把x存入TOP指向的位置。

    void push(int x) { st[++TOP]=x; }

         (5)出栈(pop)       pop(操作将栈顶元素出栈,而事实上可以直接将栈顶指针TOP减1来实现这个效果。

    void pop() { TOP--; }

         (6)取栈顶元素(top)       由于栈顶指针TOP始终指向栈顶元素,因此可以st[TOP]即为栈顶元素。

    int top() { return st [TOP]; }

           需要特别注意的是,出栈操作和取栈顶元素操作必须在栈非空的情形下才能使用,因此在使用pop()函数和top()函数之前必须先使用empty()函数判断栈是否为空。        事实上,可以使用C++的STL中的stack容器来非常容易地使用栈。STL中的stack为实现好了栈的常用操作,当需要使用时只需要直接调用函数即可。

          1. stack 的定义        要使用stack,应先添加头文件include <stack>,并在头文件下面加上“using namespacestd;",然后就可以使用了。        其定义的写法和其他STL容器相同,typename 可以任意基本数据类型或容器:

    stack< typename > name;

          2. stack 容器内元素的访问       由于栈(stack)本身就是一种后进先出的数据结构,在STL的stack中只能通过top()来访问栈顶元素。       3. stack 常用函数实例解析       (1) push()            push(x)将x入栈,时间复杂度为0(1).       (2) top()            top()获得栈顶元素,时间复杂度为O(1)。       (3) pop()            pop()用以弹出栈顶元素,时间复杂度为O(1)。       (4) empty()            empty()可以检测stack内是否为空,返回true为空,返回false 为非空,时间复杂度为O(1)。       (5) size()            size()返回 stack内元素的个数,时间复杂度为0(1)。

          最后需要指出,STL中没有实现栈的清空,所以如果需要实现栈的清空,可以用一个while循环反复pop出元素直到栈空。

    while(!st.empty()){ st.pop(); }

     

     

     

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