栈：按照后进先出原则组织数据

　　

　　栈，是计算机科学中一种重要的数据结构，既是一项基础理论研究，也是实际应用的重要工具之一。它的出现很大程度上是为了应对计算机问题中的数据存储问题。在这篇文章中，我们将主要谈论栈这种数据结构特点，并重点探究以“后进先出”原则组织数据存储的结构是如何实现的。

　　栈是一种“先进后出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构，它的操作受限制，只在栈顶进行插入和删除。在栈内，最后插入的元素永远也是最先弹出的，这是栈的一种特性。

　　实际上，不论是物理世界中的物品堆叠，还是栈这种数据结构都满足后进先出的规律。比如，你将书籍按时间顺序摆成一沓，这时候你需要拿出一本。为了保证摞的书不散落失序，你需要移走靠最上面的那本书，然后再拿走想要的表面上看来就是先进后出了吧。用栈这种数据结构行进数据操作就是这么让人舒适自然，很符合人的思考习惯。

　　栈的应用是非常广泛的。实际上，它是我们在编程中使用的一种最基本的数据结构。在操作系统中，栈用于管理程序调用，存储程序的局部变量等。在编译器中，栈用于计算表达式的值，并且记录表达式的运算符的优先级等。在图像处理中，栈可以用于存储图像的一些信息。在路由器的内部，栈可以用于存储路由器的路由表等。

　　在数据存储和处理中，栈也被广泛应用。比如，浏览器中的“前进”“后退”按钮是基于栈来实现的。当你访问新的网页时，当前页面的URL会被储存进栈中，当你点击“后退”按钮时，浏览器会从栈里面弹出最新的历史记录，并跳转到该网页。

　　还有微信聊天记录也是栈存储的，打开某个好友聊天窗口，输入一些文字后按回车键，输入栏中的文字就被推入了一个栈中。每次按下回车键，输入栏中的文字就会被放到一个“桶”里，当你要删除最后一次的输入时，也就是“后退”时，它就按照栈的规则，被弹出。

　　在表达式求值中，根据表达式转换成后缀表达式后，就可利用栈数据结构实现。后、后缀实际上就是表达式的前缀和后缀计算法。其中，命名只是命名，它们之间实际上是策略的不同。

　　栈的实现方式有两种，一种是使用数组，另一种是使用链表。

　　在使用数组实现栈的时候，我们需要预先设置一个固定长度（数组的大小），并且确定一个指针，指向栈顶。要想在栈中添加一个元素，我们需要先将指针值加一，再把这个元素放到数组中与指向的位置上。出栈时反之。因为数组大小是固定的，所以当栈的数量超过数组大小时就需要重新定义一个更大的数组。

　　而使用链表实现栈的时候，我们不需要考虑数组的大小问题。我们可以使用指向最后一个元素的指针和一个指向栈顶的指针。当我们把一个新的值推入栈时，我们就在链表的末尾添加一个节点。转换栈底，也就是删除尾节点，在链表中删除该元素并将最后一个元素指针复制到前一个节点即可。所以使用数组实现栈比使用链表实现栈多了一个大小的限制。

　　实际上，栈实现的方式是多种多样的，比如基于数组实现的栈、基于链表实现的栈、基于二叉树实现的栈结构、基于哈希表的栈等等。

　　除了栈的后进先出原则外，它还有如下一些性质：

　　1、栈的容量是有限的。

　　2、负的下标代表没有元素。

　　3、栈中的元素可以是任意的数据类型。

　　4、栈可以用于指令和数据的储存。

　　5、每个栈都包含两个基本操作：push和pop

　　6、push操作实现入栈操作，pop操作实现出栈操作。

　　在本节中，我们将介绍一个基于Python语言实现的栈。在这个实现中，我们使用了一个列表来存储栈的元素，并且使用一个变量来指向列表的结尾。

　　class Stack: def __init__(self): self.items = [] def isEmpty(self): return self.items == [] def push(self, item): self.items.append(item) def pop(self): return self.items.pop() def peek(self): return self.items[len(self.items)-1] def size(self): return len(self.items)

　　栈作为一种数据结构具有很多的优点：

　　1、实现简单：栈只需要两种基本操作，入栈和出栈就可以了。

　　2、易于操作：栈的操作比较直观，不需要复杂的算法。

　　3、占用空间小：栈只占用很小的内存空间，甚至可以使用栈实现递归调用。

　　4、在栈中查找元素很容易：栈顶的元素是最后一个入栈的元素，在查找时只需要从栈顶向下查找就可以了。

　　5、可以用栈实现递归调用：如果使用栈来实现递归调用，程序的效率会很高。

　　尽管栈方式有很多优点，但是它也存在一些缺陷。

　　1、栈的大小是固定的，不能动态改变。

　　2、栈的存储空间有限，所以不能存储大量的数据。

　　3、在栈中插入和删除元素需要频繁的移动数据，所以效率比较低。

　　综上所述，“后进先出”原则是栈这种数据结构的最大特点，它在数据存储和处理、计算机系统中的应用非常广泛。不论是编程中，还是科研领域，栈的功用都不可小觑。当然，它还有一些缺陷，我们应该根据具体情况选择使用不同的数据结构。在这个世界上，没有一种数据结构是完美的，我们需要根据实际情况合理选用合适的数据结构。

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