Stack - eine der Schlüsseldatenstrukturen, die in der Programmiersprache C verwendet wird. Sie ist Teil des Computerspeichers und dient zum Speichern lokaler Funktionsvariablen und Rückgabewerte.
Ein Stapel ist eine geordnete Speicherliste, in der neue Elemente nur an einem Ende hinzugefügt und entfernt werden - dem Scheitelpunkt des Stapels. Dies wird als LIFO-Prinzip (Last In, First Out) bezeichnet, wobei das zuletzt hinzugefügte Element das erste ist, das entfernt wird.
In C hat jede Funktion ihren eigenen Stack, der zur Laufzeit erstellt und zerstört wird. Wenn eine Funktion aufgerufen wird, werden alle ihre lokalen Variablen, einschließlich der Funktionsargumente, an die Spitze des Stapels gelegt. Wenn die Funktion beendet wird, stellt der Stapel seinen Zustand wieder her und die lokalen Variablen werden entfernt, um Speicher freizugeben.
Der Stapel funktioniert sehr effizient und ermöglicht einen schnellen Zugriff auf die Daten, da nur ein Platz zum Hinzufügen oder Entfernen von Elementen verwendet wird. Der Stapel hat jedoch eine begrenzte Kapazität, die vom System festgelegt wird, und das Überschreiten dieses Grenzwerts kann zu einem Stapelüberlauffehler führen.
Datenstruktur - Stapel
Der Stapel funktioniert nach dem Prinzip "last in, first out" (LIFO), was bedeutet, dass Elemente auf einer Seite des Stapels, dem sogenannten Scheitelpunkt, hinzugefügt und entfernt werden. Wenn Sie ein neues Element hinzufügen, wird es an die Spitze des Stapels gelegt, und wenn Sie es löschen, wird das oberste Element abgerufen.
Zu den grundlegenden Operationen, die mit dem Stapel ausgeführt werden, gehören:
| Operation | Die Beschreibung |
|---|---|
| push | Hinzufügen eines Elements an die Spitze des Stapels |
| pop | Entfernen des obersten Elements vom Stapel |
| peek | Abrufen des Werts des obersten Elements, ohne ihn zu löschen |
| isEmpty | Überprüfen, ob der Stapel leer ist |
| isFull | Überprüfen, ob der Stapel voll ist (wenn die Stapelgröße begrenzt ist) |
Der Stack wird in vielen Programmierbereichen häufig angewendet, einschließlich Rekursion, Ausdrucksbehandlung, Durchforsten von Bäumen usw. Es ermöglicht Ihnen, die Abfolge von Operationen effizient zu verwalten und Zwischenwerte zu speichern.
Was ist ein Stapel in der Programmierung?
Ein Stapel kann als Stapel von Büchern oder Tellern dargestellt werden, wobei jedes neue Element oben hinzugefügt wird und das Entfernen nur von der Spitze des Stapels erfolgt. Das letzte hinzugefügte Element ist also das erste, das entfernt werden kann.
Für den Stapel verfügbare Operationen:
- Push - fügt ein neues Element an die Spitze des Stapels an.
- Pop - entfernt und gibt das Element von der Spitze des Stapels zurück.
- Peek - gibt ein Element von der Spitze des Stapels zurück, ohne es zu entfernen.
- IsEmpty - überprüft, ob der Stapel leer ist.
- IsFull - prüft, ob der Stapel voll ist (die Kapazität ist begrenzt).
Ein Stapel kann als Array mit fester Größe oder als dynamische Liste implementiert werden. Es wird häufig in verschiedenen Programmierbereichen angewendet, z. B. Rekursionsverarbeitung, Funktionsausführung, Verwaltung von Aufrufen und Rückgaben von Funktionen, Ausdrucksbehandlung und mehr.
Stapeloperationen in C
Die Stapeloperationen in C umfassen normalerweise Folgendes:
| Operation | Die Beschreibung |
|---|---|
| push() | Fügt ein Element an die Spitze des Stapels an |
| pop() | Entfernt ein Element von der Spitze des Stapels |
| is_empty() | Überprüft, ob der Stapel leer ist |
| is_full() | Überprüft, ob der Stapel voll ist |
| peek() | Gibt den Wert des Elements am Anfang des Stapels zurück, ohne es zu löschen |
Die Funktion push() fügt ein neues Element an die Spitze des Stapels an. Wenn der Stapel voll ist, löst die Funktion den Fehler "Der Stapel ist voll" aus. Die Funktion pop() entfernt ein Element vom oberen Rand des Stapels und gibt seinen Wert zurück. Wenn der Stapel leer ist, löst die Funktion den Fehler "Stapel leer" aus.
Die Funktionen is_empty() und is_full() werden verwendet, um den Stack-Status zu überprüfen. Die Funktion is_empty() gibt true zurück, wenn der Stapel leer ist, andernfalls false. Die Funktion is_full() gibt true zurück, wenn der Stapel voll ist, andernfalls false.
Die Funktion peek() gibt den Wert des Elements am Anfang des Stapels zurück, ohne es zu löschen. Diese Funktion ist nützlich, wenn Sie das oberste Element des Stapels anzeigen möchten, es jedoch nicht gelöscht werden muss.
Beispiel für die Verwendung eines Stapels in C
Betrachten wir ein Beispiel für die Verwendung eines Stapels bei der Programmierung in der Sprache C. Stellen wir uns vor, dass wir die Aufgabe haben, die Korrektheit der Klammern-Sequenz zu überprüfen.
Für diese Aufgabe können Sie den Stapel verwenden, um offene Klammern zu verfolgen. Der Algorithmus wäre wie folgt:
- Durchlaufen Sie jedes Zeichen in der Zeile. Wenn das Zeichen eine öffnende Klammer ist (z. B. '(' oder ' <'), fügen Sie es dem Stapel hinzu.
- Wenn das Zeichen eine schließende Klammer ist (z. B. ')' oder '>'), überprüfen Sie, ob es mit dem letzten geöffneten Zeichen auf dem Stapel übereinstimmt. Wenn ja, entfernen Sie das letzte Zeichen aus dem Stapel. Wenn nicht, ist die Klammern-Sequenz falsch.
- Nachdem Sie alle Zeichen durchlaufen haben, überprüfen Sie, ob der Stapel leer ist. Wenn ja, ist die Klammern-Sequenz korrekt. Wenn nicht, ist die Klammern-Sequenz falsch.
Hier ist ein Beispiel für C-Code, der einen solchen Algorithmus implementiert:
#include #include #include #define MAX_STACK_SIZE 100typedef struct Stack;void initialize(Stack* stack) top = -1;>void push(Stack* stack, char c) top == MAX_STACK_SIZE - 1) stack->top++;stack->items[stack->top] = c;>char pop(Stack* stack) top == -1) char item = stack->items[stack->top];stack->top--;return item;>int is_empty(Stack* stack) top == -1;>int is_valid(char* sequence) 