栈

一、栈

1. 定义

栈是限制在一端进行插入操作和删除操作的线性表(俗称堆栈)，

允许进行操作的一端称为”栈顶“，另一固定端称为”栈底“，当栈中没有元素时称为”空栈“。

2. 特点

• 栈只能在一端进行操作。

• 栈模型具有先进后出，或者叫后进先出的规律。

3. 对象和引用

Python中有对象和引用的概念，他们是两个重要的概念，并且它们之间存在着密切的关系。例如
a = 456
b=789
c=knm

即
变量a是对对象456的引用
变量b是对对象789的引用
变量c是对对象knm的引用

简单来说，
对象是Python中存储数据和执行操作的基本单位。可以将对象看作是内存中分配的一块区域，包含了数据值以及与该对象相关的操作和方法。在Python中，几乎所有的数据都是以对象的形式存在，包括整数、浮点数、字符串、列表、字典等。

每个对象都有一个唯一的标识符（ID），可以通过id()函数来获取。这个标识符在对象的生命周期内是不变的，它类似于对象在内存中的地址。两个对象的标识符相同，则表明它们指向同一个对象。

引用是指向对象的指针或者名称，用于访问和操作对象。在Python中，我们可以使用变量来创建引用。当我们将一个对象赋值给一个变量时，实际上是将该对象的引用赋给了这个变量。多个变量可以引用同一个对象，即多个引用可以指向同一个对象。

4. 堆和栈的区别与联系

堆的定义：

堆是一种动态分配内存的方式，用于存储对象和数据结构。堆中的内存空间是动态分配的，它可以在程序运行时申请和释放。堆中存储的对象通常由引用变量来访问，而引用本身存储在栈中。在堆中申请的内存需要手动释放，否则可能导致内存泄露。
简单说，

栈是用来存储局部变量和函数调用信息的，即存放的是对象的地址，而不是对象本体
堆是用来存储动态分配的对象的，即存放的是具体的对象，在堆中，Python为其分配内存空间，此地址就是对象在内存中的地址。

堆和栈的区别

• 数据结构：
  堆：堆是一种动态分配的内存结构，存储的是对象和数据结构。在堆中存储的对象可以通过引用来访问和操作。
  栈：栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构。它用于存储局部变量、函数调用信息和临时数据等。栈的大小是固定的，由操作系统预先定义。
• 分配方式：
  堆：堆内存的分配和释放是动态的，通过特定的内存管理机制（如垃圾回收器）进行管理。堆内存的分配通常使用new关键字或者其他动态内存分配函数。
  栈：栈内存的分配和释放是自动的，由编译器和运行时环境负责管理。每当有一个函数被调用时，该函数的局部变量会被分配到栈上，函数执行完毕后会自动释放。
• 大小限制：
  堆：堆的大小是相对较大的，并且受到可用内存的限制。在堆中可以动态地分配和释放内存空间。
  栈：栈的大小是固定的，在程序运行前就已经确定。通常由操作系统设置，默认情况下较小。
• 生命周期：
  堆：在堆上创建的对象可以长时间存在，直到被垃圾回收器回收。因此，堆上的对象的生命周期相对较长。
  栈：栈上的变量的生命周期较短。当一个函数调用结束后，其局部变量会被自动销毁。
• 访问方式：
  堆：堆中的对象通过引用来访问和操作。多个引用可以指向同一个堆上的对象。
  栈：栈中的对象通过栈指针（ESP）来访问。栈指针会随着函数的调用和返回而不断变化。

总结起来，堆和栈是两种不同的内存结构。堆用于存储对象和数据结构，具有动态分配和释放内存的能力；而栈用于存储局部变量、函数调用信息等，具有固定大小和自动管理内存的特性。了解堆和栈的区别有助于编写高效、安全的代码，并且更好地理解Python中的内存管理机制。

5. 栈的代码实现

栈的操作有入栈(压栈)，出栈(弹栈),判断栈的空满等操作。

• 顺序存储代码实现sstack.py

• 链式存储代码实现lstack.py

栈的顺序存储模型

"""
栈模型的顺序存储
思考总结：
1. 列表即顺序存储，但功能多，不符合栈的模型特征
2. 利用列表，将其封装，提供接口方法
"""


# 自定义异常
class StackError(Exception):
    pass


# 顺序栈类
class SStack:
    def __init__(self):
        self._elems = []

    # 判断列表为空
    def is_empty(self):
        return self._elems == []

    # 入栈
    def push(self, val):
        self._elems.append(val)

    # 出栈
    def pop(self):
        if self.is_empty():
            raise StackError("Stack is empty")
        return self._elems.pop()

    # 查看栈顶元素
    def top(self):
        if self.is_empty():
            raise StackError("Stack is empty")
        return self._elems[-1]


if __name__ == "__main__":
    s1 = SStack()  # 初始化
    s1.push(10)
    s1.push(30)
    s1.push(50)
    while not s1.is_empty():
        print(s1.pop())

'''
面试题:已知，一个堆栈的入栈顺序是1，2，3，下列不可能出现的出栈的顺序的是：
3,1,2


'''

栈的链式存储模型

"""
栈的链式栈
思路分析：
1. 源于链表结构
2. 封装栈的操作方法 | 入栈出栈，栈空，栈顶元素。
3. 链表的开头作为栈顶？（不用每次遍历）
"""


# 自定义异常
class StackError(Exception):
    pass


# 创建节点类
class Node:
    def __init__(self, val, next=None):
        self.val = val
        self.next = next


# 链式栈操作
class LStack:
    def __init__(self):
        # 标记栈的栈顶位置
        self._top = None

    def is_empty(self):
        return self._top is None

    def push(self, val):
        self._top = Node(val, self._top)

    def pop(self):
        if self._top is None:
            raise StackError("Stack is empty")
        value = self._top.val
        self._top = self._top.next
        return value


if __name__ == "__main__":
    ls = LStack()
    ls.push(20)
    ls.push(30)
    ls.push(10)
    print(ls.pop())