Одним из ключевых понятий в области организации и хранения данных является стек. Его особенность заключается в том, что он не взаимодействует ни с одним языком программирования. Под стеком понимают метод формирования структуры данных. В свою очередь, структура – это один из вариантов хранения информации. Это могут быть списки, таблицы, «ветки», схемы и прочее.
Как работает стек
В основе лежит последовательный метод хранения данных, то есть элементы используются по очереди. Стек подразумевает соблюдение строгой линейной связи. Данные идут последовательно друг за другом, при этом нарушение установленного порядка не допускается.
Все процессы подчиняются одному простому принципу: данные, попавшие в стек последними, должны использоваться первыми. После их использования они из стека удаляются. Данный алгоритм повторяется до тех пор, пока не будут использованы данные, попавшие в стек первыми.
Во многом, данный принцип напоминает стопку тарелок, которые устанавливаются друг на друга после мытья. Взять тарелку из середины образовавшейся стопки довольно проблематично, а в случае с данными – вовсе запрещено. Также существует обратная модель. Она получила название «очередь». В этом случае, приоритет отдается более старым элементам, попавшим в нее в самом начале.
Разновидности стеков
Как правило, стеки делят на две основные категории: стеки вызовов и стеки данных. Первые представляют собой зарезервированную область памяти, хранящую информацию о всех ключевых точках перехода между разными элементами программного кода.
Такой вариант чаще всего используется в программировании. Компьютер должен понимать, в каком месте произошел разрыв, требующий выполнения определенной подпрограммы. После выполнения операции поиска процесс повторяется. Данные, возвращаемые подпрограммами, запоминаются и попадают в основной программный код.
В упрощенном виде, данный процесс реализуется следующим образом:
- первый запуск программы;
- вызов и выполнение крайней функции;
- появление новой функции, в результате работы первой;
- вызов третьей функции и т.д.;
Переполнение стека
Для работы стеков нужна оперативная память. Если количество запросов достигает критического значения или выполняются методы глубокой погруженности, это может привести к:
- добавлению новых (сторонних) элементов в стек;
- зацикливанию работы рекурсии;
- остановке работы из-за переполнения и невозможности добавления новых элементов.
Главная опасность кроется в том, что данные могут возникнуть в чужой области памяти, из-за чего прежняя информация просто исчезнет. В этом случае, компьютер может отреагировать сбоями в работе или вовсе выходом из строя.
Реализация стека
Для реализации стека подходят массивы, списки и динамические массивы. В первом случае, стек представляет собой перечень элементов [a1…an], где a1 – это первый элемент в очереди, an – последний. Если последний элемент равен нулю, то стек пустой. Снимать с него данные не рекомендуется, поскольку высока вероятность возникновения ошибок. Чтобы их предотвратить, необходимо проверить массив на наличие пустых элементов. Для этого можно воспользоваться командой stackEmpty.
В случае с динамическими массивами исчезает риск выхода за пределы массива, что значительно облегчает работу. Последний вариант – реализация при помощи списков. Для этого необходимо создать будущий список, а также набор доступных для него операций. Работают с двумя основными командами: head.data – значение в верхушке стека и head.next – значение, идущее за верхушкой стека.
