计算机专业面试基础什么是堆栈（Stack）及其在程序设计中的应用

什么是堆栈（Stack）

堆栈（Stack）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，遵循严格的访问原则：只能在一端添加（称为“栈顶”或“推入”）和移除（称为“弹出”）元素。堆栈类似于现实生活中的堆叠物品，如书籍或盘子，后放的物品总是最先被取走。

在计算机科学中，堆栈常用于存储临时数据，如函数调用时的局部变量、返回地址、函数参数等。它是一种非常高效的数据结构，因为对它的操作都是局部化的，即在栈顶进行。

堆栈的基本操作

堆栈支持基本操作：

–

push（压入）

：在栈顶添加一个新元素。

–

pop（弹出）

：从栈顶移除一个元素，并返回这个元素。

–

peek（查看）

或

top（栈顶元素）

：返回栈顶元素的值，但不从栈中移除它。

–

isEmpty（是否为空）

：检查栈是否为空。

–

size（栈大小）

：返回栈中的元素数量。

堆栈在程序设计中的应用

堆栈在程序设计中有着广泛的应用，是一些常见的应用场景：

1. 函数调用和递归

在函数调用过程中，每个函数都有自己的堆栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量、参数、返回地址等信息。函数调用时，先创建新的堆栈帧并将其推入堆栈；函数返回时，从堆栈中弹出相应的堆栈帧。

递归函数也依赖于堆栈来存储函数调用的上下文信息。每次递归调用都会在堆栈上创建一个新的堆栈帧，直到满足递归条件。

2. 表达式求值

在计算表达式（如算术表达式）的值时，堆栈可以用来存储操作数和中间结果。计算表达式 "3 + 4 * (2 – 1)" 时，可以使用两个堆栈：一个用于存储操作数，另一个用于存储操作符。

3. 深度优先搜索（DFS）

在图论中，深度优先搜索算法可以通过堆栈来记录访问路径和待访问节点。每次从堆栈中弹出一个节点，探索它的邻接节点，将尚未访问的邻接节点推入堆栈。

4. 函数参数传递

在函数调用时，可以通过堆栈来传递参数。当函数开始执行时，将参数从主堆栈复制到函数的局部堆栈中，函数执行完毕后，再从局部堆栈中移除参数。

5. 自动化测试

在自动化测试中，堆栈可以用来模拟函数调用和参数传递，从而帮助测试人员构建测试用例。

堆栈是一种简单但功能强大的数据结构，在计算机程序设计中扮演着重要的角色。它不仅用于存储临时数据，还在函数调用、表达式求值、搜索算法等领域发挥着关键作用。掌握堆栈的基本概念和应用，对于计算机专业的学生来说至关重要。在面试中，遇到堆栈的展示出你对这些应用场景的理解和实际操作能力，将有助于你在面试中脱颖而出。