计算机专业面试基础什么是堆栈（Stack）及其应用？

一、什么是堆栈（Stack）？

堆栈是一种先进后出（Last In First Out, LIFO）的数据结构，它由一系列元素组成，遵循特定的访问规则。在堆栈中，新添加的元素放在顶部，而移除的元素则是添加的元素。堆栈用链表或数组实现。

堆栈的基本操作包括：

– push（压栈）：将一个元素添加到堆栈的顶部。

– pop（出栈）：从堆栈的顶部移除一个元素。

– peek（查看）：查看堆栈顶部的元素，但不移除它。

– isEmpty（判断是否为空）：检查堆栈是否为空。

二、堆栈的应用

堆栈在计算机科学和编程中有着广泛的应用，是一些常见的应用场景：

1. 函数调用：

在大多数编程语言中，函数调用是通过堆栈来管理的。当一个函数被调用时，它的参数和局部变量会被压入堆栈，而当函数返回时，这些数据会被弹出堆栈。

2. 递归：

递归函数使用堆栈来保存函数调用的状态。每次函数调用都会在堆栈上添加一个新的帧，直到递归结束，这些帧才会依次弹出。

3. 表达式求值：

在计算数学表达式时，堆栈可以用来处理运算符和操作数。在逆波兰表示法（Reverse Polish Notation, RPN）中，堆栈被用来计算表达式的值。

4. 括号匹配：

在编译器设计中，堆栈用于检查括号是否正确匹配。当遇到一个开括号时，它会被压入堆栈；当遇到一个闭括号时，堆栈不为空，则弹出堆栈顶部的开括号，以此类推。

5. 后进先出（LIFO）数据：

在某些应用场景中，如任务队列或事件日志，需要按照后进先出的顺序处理数据，这时堆栈是一种理想的数据结构。

6. 自动机理论：

在自动机理论中，堆栈用于模拟有限自动机和图灵机等计算模型。

7. 浏览器历史记录：

浏览器的历史记录功能使用堆栈来存储用户访问过的网页，以便用户可以通过后退和前进按钮进行导航。

三、堆栈的实现

堆栈的实现主要有两种：链式堆栈和数组堆栈。

1. 链式堆栈：

链式堆栈使用链表来实现，每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。这种实现允许在堆栈的任意位置进行插入和删除操作，但会有较高的内存开销。

2. 数组堆栈：

数组堆栈使用固定大小的数组来实现，在堆栈满时需要扩容。这种实现在空间和时间效率上优于链式堆栈，但插入和删除操作只能在数组的端点进行。

四、

堆栈是一种基本且重要的数据结构，它在计算机科学和编程中有着广泛的应用。理解堆栈的工作原理和应用场景对于计算机专业的学生和从业者来说至关重要。在面试中，能够清晰地解释堆栈的概念、操作和应用，将有助于展示你的基础知识和技术能力。