一文詳解棧存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)

棧是用來(lái)存儲(chǔ)邏輯關(guān)系為 “一對(duì)一” 數(shù)據(jù)的線(xiàn)性存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

同順序表和鏈表一樣，棧也是用來(lái)存儲(chǔ)邏輯關(guān)系為 “一對(duì)一” 數(shù)據(jù)的線(xiàn)性存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示。

從圖 1 我們看到，棧存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與之前所學(xué)的線(xiàn)性存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有所差異，這緣于棧對(duì)數(shù)據(jù) “存” 和 “取” 的過(guò)程有特殊的要求：

1、棧只能從表的一端存取數(shù)據(jù)，另一端是封閉的，如圖 1 所示；

2、在棧中，無(wú)論是存數(shù)據(jù)還是取數(shù)據(jù)，都必須遵循”先進(jìn)后出”的原則，即最先進(jìn)棧的元素最后出棧。那圖 1 的棧來(lái)說(shuō)，從圖中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)狀態(tài)可判斷出，元素 1 是最先進(jìn)的棧。因此，當(dāng)需要從棧中取出元素 1 時(shí)，根據(jù)”先進(jìn)后出”的原則，需提前將元素 3 和元素 2 從棧中取出，然后才能成功取出元素 1。

因此，我們可以給棧下一個(gè)定義，即棧是一種只能從表的一端存取數(shù)據(jù)且遵循 “先進(jìn)后出” 原則的線(xiàn)性存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

通常，棧的開(kāi)口端被稱(chēng)為棧頂；相應(yīng)地，封口端被稱(chēng)為棧底。因此，棧頂元素指的就是距離棧頂最近的元素，拿圖 2 來(lái)說(shuō)，棧頂元素為元素 4；同理，棧的元素指的是位于棧最底部的元素，圖 2 中的棧底元素為元素 1。

進(jìn)棧和出棧

基于棧結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，通常只會(huì)對(duì)棧執(zhí)行以下兩種操作：

向棧中添加元素，此過(guò)程被稱(chēng)為”進(jìn)?！保ㄈ霔；驂簵＃?；

從棧中提取出指定元素，此過(guò)程被稱(chēng)為”出?！保ɑ驈棗＃?；

棧的具體實(shí)現(xiàn)

棧是一種 “特殊” 的線(xiàn)性存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，因此棧的具體實(shí)現(xiàn)有以下兩種方式：

順序棧：采用順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可以模擬棧存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)棧存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；

鏈棧：采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)棧結(jié)構(gòu)；

兩種實(shí)現(xiàn)方式的區(qū)別，僅限于數(shù)據(jù)元素在實(shí)際物理空間上存放的相對(duì)位置，順序棧底層采用的是數(shù)組，鏈棧底層采用的是鏈表。有關(guān)順序棧和鏈棧的具體實(shí)現(xiàn)會(huì)在后續(xù)章節(jié)中作詳細(xì)講解。

棧的應(yīng)用

基于棧結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)存取采用 “先進(jìn)后出” 原則的特點(diǎn)，它可以用于實(shí)現(xiàn)很多功能。

例如，我們經(jīng)常使用瀏覽器在各種網(wǎng)站上查找信息。假設(shè)先瀏覽的頁(yè)面 A，然后關(guān)閉了頁(yè)面 A 跳轉(zhuǎn)到頁(yè)面 B，隨后又關(guān)閉頁(yè)面 B 跳轉(zhuǎn)到了頁(yè)面 C。而此時(shí)，我們?nèi)绻胫匦禄氐巾?yè)面 A，有兩個(gè)選擇：

重新搜索找到頁(yè)面 A；

使用瀏覽器的”回退”功能。瀏覽器會(huì)先回退到頁(yè)面 B，而后再回退到頁(yè)面 A。

瀏覽器 “回退” 功能的實(shí)現(xiàn)，底層使用的就是棧存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。當(dāng)你關(guān)閉頁(yè)面 A 時(shí)，瀏覽器會(huì)將頁(yè)面 A 入棧；同樣，當(dāng)你關(guān)閉頁(yè)面 B 時(shí)，瀏覽器也會(huì)將 B入棧。因此，當(dāng)你執(zhí)行回退操作時(shí)，才會(huì)首先看到的是頁(yè)面 B，然后是頁(yè)面 A，這是棧中數(shù)據(jù)依次出棧的效果。

不僅如此，棧存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)還可以幫我們檢測(cè)代碼中的括號(hào)匹配問(wèn)題。多數(shù)編程語(yǔ)言都會(huì)用到括號(hào)（小括號(hào)、中括號(hào)和大括號(hào)），括號(hào)的錯(cuò)誤使用（通常是丟右括號(hào)）會(huì)導(dǎo)致程序編譯錯(cuò)誤，而很多開(kāi)發(fā)工具中都有檢測(cè)代碼是否有編輯錯(cuò)誤的功能，其中就包含檢測(cè)代碼中的括號(hào)匹配問(wèn)題，此功能的底層實(shí)現(xiàn)使用的就是棧結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，棧結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值的進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能。例如，編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)從十進(jìn)制數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，就可以使用棧存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

以上也僅是棧應(yīng)用領(lǐng)域的冰山一角，這里不再過(guò)多舉例。在后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)大量使用到棧結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，我們學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)順序棧和鏈棧，以及對(duì)棧中元素進(jìn)行入棧和出棧的操作。