计算机专业面试基础什么是堆栈（Stack）及其应用？

一、堆栈（Stack）的定义

堆栈（Stack）是一种后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构，它允许我们以线性存储和访问数据。在堆栈中，元素只能从一端添加或移除，这一端被称为栈顶（Top）。每次添加到堆栈中的元素都会被放置在栈顶，而每次移除的元素都是一个添加的元素。

堆栈的基本操作包括：

– `push`：将一个元素添加到栈顶。

– `pop`：从栈顶移除一个元素。

– `peek` 或 `top`：返回栈顶元素但不移除它。

– `isEmpty`：检查堆栈是否为空。

– `size`：获取堆栈中的元素数量。

二、堆栈的应用场景

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，函数的调用和返回都使用了堆栈。当一个函数被调用时，它的参数、局部变量和返回地址等信息被压入堆栈。当函数执行完毕后，这些信息会被弹出堆栈，从而恢复到函数调用前的状态。

2. 递归：

递归函数使用堆栈来管理函数调用的层次。在递归调用中，每个函数调用都会创建一个新的堆栈帧，这些帧按照调用顺序存储在堆栈中。

3. 表达式求值：

在计算算术表达式时，堆栈可以用来处理运算符和操作数。在处理逆波兰表达式（后缀表达式）时，堆栈可以用来存储操作数，并根据运算符进行相应的操作。

4. 深度优先搜索（DFS）：

在图论中，深度优先搜索算法可以使用堆栈来实现。在DFS中，每次选择一个节点访问，并将所有相邻的未访问节点压入堆栈，继续访问堆栈顶部的节点。

5. 函数调用栈：

操作系统的函数调用栈使用了堆栈来存储函数调用的状态。当操作系统需要处理中断或异常时，它会保存当前堆栈的状态，并在处理完成后恢复堆栈。

6. 历史记录：

在浏览器或文件管理器中，历史记录使用堆栈来存储用户的历史操作，使得用户可以向后或向前浏览历史。

7. 括号匹配：

在编译器解析源代码时，堆栈可以用来检查括号是否正确匹配。每当遇到一个左括号，它就会被压入堆栈，而每当遇到一个右括号，它会与堆栈顶部的左括号进行匹配。

三、堆栈的实现

堆栈可以通过多种实现，是一些常见的实现方法：

1. 数组实现：

使用固定大小的数组来实现堆栈，当堆栈满时，可能需要动态扩展数组的大小。

2. 链表实现：

使用链表来实现堆栈，这种实现可以动态地调整堆栈的大小，但可能会牺牲一些性能。

3. 递归实现：

使用递归来实现堆栈，这种简单直观，但可能会受到调用栈大小的限制。

4. 栈帧实现：

在一些高级语言中，堆栈是通过虚拟机或编译器内部机制实现的，在Java虚拟机中。

四、

堆栈是一种基础且强大的数据结构，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常见应用场景对于计算机专业的学生来说至关重要。通过掌握堆栈，可以更好地理解程序的行为，提高编程技能，并在解决实际中发挥重要作用。