Стек - одна з ключових структур даних, що використовується в мові програмування C. Він є частиною пам'яті комп'ютера і призначений для зберігання локальних змінних функцій і значень, що повертаються.
Стек-це впорядкований список пам'яті, де нові елементи додаються та видаляються лише з одного кінця - вершини стека. Це називається принципом LIFO (Last In, First Out), де Останній доданий елемент є першим, який буде видалено.
У C кожна функція має власний стек, який створюється та знищується під час виконання. При виклику функції, всі її локальні змінні, включаючи аргументи функції, поміщаються на вершину стека. Коли функція закінчується, стек відновлює свій стан, а локальні змінні видаляються, щоб звільнити пам'ять.
Стек працює дуже ефективно і забезпечує швидкий доступ до даних, оскільки для додавання або видалення елементів використовується лише одне місце. Однак стек має обмежену ємність, яка задається системою, і перевищення цієї межі може призвести до помилки переповнення стека (Stack overflow).
Структура даних-стек
Стек працює за принципом "last in, first out" (LIFO), що означає, що елементи додаються та видаляються з одного боку стека, який називається вершиною. При додаванні нового елемента він поміщається на вершину стека, а при видаленні - витягується цей верхній елемент.
Основні операції, що виконуються зі стеком, включають:
| Операція | Опис |
|---|---|
| push | Додавання елемента до вершини стека |
| pop | Видалення верхнього елемента зі стека |
| peek | Отримання значення верхнього елемента без його видалення |
| isEmpty | Перевірка, чи порожній стек |
| isFull | Перевірка, чи заповнений стек (якщо розмір стека обмежений) |
Стек широко застосовується в багатьох областях програмування, включаючи рекурсію, обробку виразів, обхід дерев тощо. Він дозволяє ефективно управляти послідовністю операцій і зберігати проміжні значення.
Що таке стек у програмуванні?
Стек можна уявити як стопку книг або тарілок, де кожен новий елемент додається зверху, а видалення відбувається тільки з верхівки стопки. Таким чином, Останній доданий елемент буде першим, який можна видалити.
Операції, доступні для роботи зі стеком:
- Push - додає новий елемент на верхівку стека.
- Pop - видаляє і повертає елемент з верхівки стека.
- Peek - повертає елемент з верхівки стека без його видалення.
- IsEmpty - перевіряє, чи стек порожній.
- IsFull - перевіряє, чи заповнений стек (місткість обмежена).
Стек може бути реалізований як масив фіксованого розміру або динамічний список. Він широко застосовується в різних областях програмування, таких як обробка рекурсії, виконання функцій, управління викликами та поверненням з функцій, обробка виразів тощо.
Операції зі стеком у C
Операції зі стеком у C зазвичай включають наступне:
| Операція | Опис |
|---|---|
| push() | Додає елемент на верхівку стека |
| pop() | Видаляє елемент з верхівки стека |
| is_empty() | Перевіряє, чи стек порожній |
| is_full() | Перевіряє, чи заповнений стек |
| peek() | Повертає значення елемента у верхній частині стека без видалення |
Функція push () додає новий елемент у верхній частині стека. Якщо стек повний, то функція викликає помилку "стек переповнений". Функція pop () видаляє елемент з верхівки стека і повертає його значення. Якщо стек порожній, то функція викликає помилку "стек порожній".
Функції is_empty() та is_full () використовуються для перевірки стану стека. Функція is_empty () повертає true, якщо стек порожній, і false в іншому випадку. Функція is_full () повертає true, якщо стек повний, і false в іншому випадку.
Функція peek () повертає значення елемента у верхній частині стека, не видаляючи його. Ця функція корисна, коли потрібно переглянути верхній елемент стека, але не потрібно його видалення.
Приклад використання стека в C
Давайте розглянемо приклад використання стека в програмуванні на мові C. уявімо, що у нас є завдання перевірити коректність дужкової послідовності.
Для цього завдання можна використовувати стек для відстеження відкритих дужок. Алгоритм буде наступним:
- Пройти по кожному символу в рядку. Якщо символ є відкриваючою дужкою (наприклад, ' ('або'<'), додайте його до стека.
- Якщо символ є закриваючою дужкою (наприклад,') 'або'>'), перевірте, чи відповідає він останньому відкритому символу в стеку. Якщо так, видаліть останній символ зі стека. Якщо ні, то дужкова послідовність некоректна.
- Після завершення проходу по всіх символах, перевірити, чи порожній стек. Якщо так, скобочная послідовність коректна. Якщо ні, то дужкова послідовність некоректна.
Ось приклад коду на C, що реалізує такий алгоритм:
#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)