mirror of
https://github.com/krahets/hello-algo.git
synced 2024-12-29 09:56:29 +08:00
1874 lines
66 KiB
Markdown
Executable file
1874 lines
66 KiB
Markdown
Executable file
---
|
||
comments: true
|
||
---
|
||
|
||
# 5.1 堆疊
|
||
|
||
<u>堆疊（stack）</u>是一種遵循先入後出邏輯的線性資料結構。
|
||
|
||
我們可以將堆疊類比為桌面上的一疊盤子，如果想取出底部的盤子，則需要先將上面的盤子依次移走。我們將盤子替換為各種型別的元素（如整數、字元、物件等），就得到了堆疊這種資料結構。
|
||
|
||
如圖 5-1 所示，我們把堆積疊元素的頂部稱為“堆疊頂”，底部稱為“堆疊底”。將把元素新增到堆疊頂的操作叫作“入堆疊”，刪除堆疊頂元素的操作叫作“出堆疊”。
|
||
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
<p align="center"> 圖 5-1 堆疊的先入後出規則 </p>
|
||
|
||
## 5.1.1 堆疊的常用操作
|
||
|
||
堆疊的常用操作如表 5-1 所示，具體的方法名需要根據所使用的程式語言來確定。在此，我們以常見的 `push()`、`pop()`、`peek()` 命名為例。
|
||
|
||
<p align="center"> 表 5-1 堆疊的操作效率 </p>
|
||
|
||
<div class="center-table" markdown>
|
||
|
||
| 方法 | 描述 | 時間複雜度 |
|
||
| -------- | ---------------------- | ---------- |
|
||
| `push()` | 元素入堆疊（新增至堆疊頂） | $O(1)$ |
|
||
| `pop()` | 堆疊頂元素出堆疊 | $O(1)$ |
|
||
| `peek()` | 訪問堆疊頂元素 | $O(1)$ |
|
||
|
||
</div>
|
||
|
||
通常情況下，我們可以直接使用程式語言內建的堆疊類別。然而，某些語言可能沒有專門提供堆疊類別，這時我們可以將該語言的“陣列”或“鏈結串列”當作堆疊來使用，並在程式邏輯上忽略與堆疊無關的操作。
|
||
|
||
=== "Python"
|
||
|
||
```python title="stack.py"
|
||
# 初始化堆疊
|
||
# Python 沒有內建的堆疊類別，可以把 list 當作堆疊來使用
|
||
stack: list[int] = []
|
||
|
||
# 元素入堆疊
|
||
stack.append(1)
|
||
stack.append(3)
|
||
stack.append(2)
|
||
stack.append(5)
|
||
stack.append(4)
|
||
|
||
# 訪問堆疊頂元素
|
||
peek: int = stack[-1]
|
||
|
||
# 元素出堆疊
|
||
pop: int = stack.pop()
|
||
|
||
# 獲取堆疊的長度
|
||
size: int = len(stack)
|
||
|
||
# 判斷是否為空
|
||
is_empty: bool = len(stack) == 0
|
||
```
|
||
|
||
=== "C++"
|
||
|
||
```cpp title="stack.cpp"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
stack<int> stack;
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.push(1);
|
||
stack.push(3);
|
||
stack.push(2);
|
||
stack.push(5);
|
||
stack.push(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int top = stack.top();
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
stack.pop(); // 無返回值
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size = stack.size();
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
bool empty = stack.empty();
|
||
```
|
||
|
||
=== "Java"
|
||
|
||
```java title="stack.java"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.push(1);
|
||
stack.push(3);
|
||
stack.push(2);
|
||
stack.push(5);
|
||
stack.push(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek = stack.peek();
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
int pop = stack.pop();
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size = stack.size();
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
boolean isEmpty = stack.isEmpty();
|
||
```
|
||
|
||
=== "C#"
|
||
|
||
```csharp title="stack.cs"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
Stack<int> stack = new();
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.Push(1);
|
||
stack.Push(3);
|
||
stack.Push(2);
|
||
stack.Push(5);
|
||
stack.Push(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek = stack.Peek();
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
int pop = stack.Pop();
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size = stack.Count;
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
bool isEmpty = stack.Count == 0;
|
||
```
|
||
|
||
=== "Go"
|
||
|
||
```go title="stack_test.go"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
// 在 Go 中，推薦將 Slice 當作堆疊來使用
|
||
var stack []int
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack = append(stack, 1)
|
||
stack = append(stack, 3)
|
||
stack = append(stack, 2)
|
||
stack = append(stack, 5)
|
||
stack = append(stack, 4)
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
peek := stack[len(stack)-1]
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
pop := stack[len(stack)-1]
|
||
stack = stack[:len(stack)-1]
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
size := len(stack)
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
isEmpty := len(stack) == 0
|
||
```
|
||
|
||
=== "Swift"
|
||
|
||
```swift title="stack.swift"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
// Swift 沒有內建的堆疊類別，可以把 Array 當作堆疊來使用
|
||
var stack: [Int] = []
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.append(1)
|
||
stack.append(3)
|
||
stack.append(2)
|
||
stack.append(5)
|
||
stack.append(4)
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
let peek = stack.last!
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
let pop = stack.removeLast()
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
let size = stack.count
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
let isEmpty = stack.isEmpty
|
||
```
|
||
|
||
=== "JS"
|
||
|
||
```javascript title="stack.js"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
// JavaScript 沒有內建的堆疊類別，可以把 Array 當作堆疊來使用
|
||
const stack = [];
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.push(1);
|
||
stack.push(3);
|
||
stack.push(2);
|
||
stack.push(5);
|
||
stack.push(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
const peek = stack[stack.length-1];
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
const pop = stack.pop();
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
const size = stack.length;
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
const is_empty = stack.length === 0;
|
||
```
|
||
|
||
=== "TS"
|
||
|
||
```typescript title="stack.ts"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
// TypeScript 沒有內建的堆疊類別，可以把 Array 當作堆疊來使用
|
||
const stack: number[] = [];
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.push(1);
|
||
stack.push(3);
|
||
stack.push(2);
|
||
stack.push(5);
|
||
stack.push(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
const peek = stack[stack.length - 1];
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
const pop = stack.pop();
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
const size = stack.length;
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
const is_empty = stack.length === 0;
|
||
```
|
||
|
||
=== "Dart"
|
||
|
||
```dart title="stack.dart"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
// Dart 沒有內建的堆疊類別，可以把 List 當作堆疊來使用
|
||
List<int> stack = [];
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.add(1);
|
||
stack.add(3);
|
||
stack.add(2);
|
||
stack.add(5);
|
||
stack.add(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek = stack.last;
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
int pop = stack.removeLast();
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size = stack.length;
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
bool isEmpty = stack.isEmpty;
|
||
```
|
||
|
||
=== "Rust"
|
||
|
||
```rust title="stack.rs"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
// 把 Vec 當作堆疊來使用
|
||
let mut stack: Vec<i32> = Vec::new();
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.push(1);
|
||
stack.push(3);
|
||
stack.push(2);
|
||
stack.push(5);
|
||
stack.push(4);
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
let top = stack.last().unwrap();
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
let pop = stack.pop().unwrap();
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
let size = stack.len();
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
let is_empty = stack.is_empty();
|
||
```
|
||
|
||
=== "C"
|
||
|
||
```c title="stack.c"
|
||
// C 未提供內建堆疊
|
||
```
|
||
|
||
=== "Kotlin"
|
||
|
||
```kotlin title="stack.kt"
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
val stack = Stack<Int>()
|
||
|
||
/* 元素入堆疊 */
|
||
stack.push(1)
|
||
stack.push(3)
|
||
stack.push(2)
|
||
stack.push(5)
|
||
stack.push(4)
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
val peek = stack.peek()
|
||
|
||
/* 元素出堆疊 */
|
||
val pop = stack.pop()
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
val size = stack.size
|
||
|
||
/* 判斷是否為空 */
|
||
val isEmpty = stack.isEmpty()
|
||
```
|
||
|
||
=== "Ruby"
|
||
|
||
```ruby title="stack.rb"
|
||
|
||
```
|
||
|
||
=== "Zig"
|
||
|
||
```zig title="stack.zig"
|
||
|
||
```
|
||
|
||
??? pythontutor "視覺化執行"
|
||
|
||
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%A0%88%0A%20%20%20%20%23%20Python%20%E6%B2%A1%E6%9C%89%E5%86%85%E7%BD%AE%E7%9A%84%E6%A0%88%E7%B1%BB%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E6%8A%8A%20list%20%E5%BD%93%E4%BD%9C%E6%A0%88%E6%9D%A5%E4%BD%BF%E7%94%A8%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20%5B%5D%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack.append%281%29%0A%20%20%20%20stack.append%283%29%0A%20%20%20%20stack.append%282%29%0A%20%20%20%20stack.append%285%29%0A%20%20%20%20stack.append%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%20stack%20%3D%22,%20stack%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack%5B-1%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22,%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E6%A0%88%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22,%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%90%8E%20stack%20%3D%22,%20stack%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20len%28stack%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%20size%20%3D%22,%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20len%28stack%29%20%3D%3D%200%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%20%3D%22,%20is_empty%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=2&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
||
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%A0%88%0A%20%20%20%20%23%20Python%20%E6%B2%A1%E6%9C%89%E5%86%85%E7%BD%AE%E7%9A%84%E6%A0%88%E7%B1%BB%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E6%8A%8A%20list%20%E5%BD%93%E4%BD%9C%E6%A0%88%E6%9D%A5%E4%BD%BF%E7%94%A8%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20%5B%5D%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack.append%281%29%0A%20%20%20%20stack.append%283%29%0A%20%20%20%20stack.append%282%29%0A%20%20%20%20stack.append%285%29%0A%20%20%20%20stack.append%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%20stack%20%3D%22,%20stack%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack%5B-1%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22,%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E6%A0%88%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22,%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%90%8E%20stack%20%3D%22,%20stack%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20len%28stack%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%20size%20%3D%22,%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20len%28stack%29%20%3D%3D%200%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%20%3D%22,%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=2&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全螢幕觀看 ></a></div>
|
||
|
||
## 5.1.2 堆疊的實現
|
||
|
||
為了深入瞭解堆疊的執行機制，我們來嘗試自己實現一個堆疊類別。
|
||
|
||
堆疊遵循先入後出的原則，因此我們只能在堆疊頂新增或刪除元素。然而，陣列和鏈結串列都可以在任意位置新增和刪除元素，**因此堆疊可以視為一種受限制的陣列或鏈結串列**。換句話說，我們可以“遮蔽”陣列或鏈結串列的部分無關操作，使其對外表現的邏輯符合堆疊的特性。
|
||
|
||
### 1. 基於鏈結串列的實現
|
||
|
||
使用鏈結串列實現堆疊時，我們可以將鏈結串列的頭節點視為堆疊頂，尾節點視為堆疊底。
|
||
|
||
如圖 5-2 所示，對於入堆疊操作，我們只需將元素插入鏈結串列頭部，這種節點插入方法被稱為“頭插法”。而對於出堆疊操作，只需將頭節點從鏈結串列中刪除即可。
|
||
|
||
=== "LinkedListStack"
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
=== "push()"
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
=== "pop()"
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
<p align="center"> 圖 5-2 基於鏈結串列實現堆疊的入堆疊出堆疊操作 </p>
|
||
|
||
以下是基於鏈結串列實現堆疊的示例程式碼：
|
||
|
||
=== "Python"
|
||
|
||
```python title="linkedlist_stack.py"
|
||
class LinkedListStack:
|
||
"""基於鏈結串列實現的堆疊"""
|
||
|
||
def __init__(self):
|
||
"""建構子"""
|
||
self._peek: ListNode | None = None
|
||
self._size: int = 0
|
||
|
||
def size(self) -> int:
|
||
"""獲取堆疊的長度"""
|
||
return self._size
|
||
|
||
def is_empty(self) -> bool:
|
||
"""判斷堆疊是否為空"""
|
||
return not self._peek
|
||
|
||
def push(self, val: int):
|
||
"""入堆疊"""
|
||
node = ListNode(val)
|
||
node.next = self._peek
|
||
self._peek = node
|
||
self._size += 1
|
||
|
||
def pop(self) -> int:
|
||
"""出堆疊"""
|
||
num = self.peek()
|
||
self._peek = self._peek.next
|
||
self._size -= 1
|
||
return num
|
||
|
||
def peek(self) -> int:
|
||
"""訪問堆疊頂元素"""
|
||
if self.is_empty():
|
||
raise IndexError("堆疊為空")
|
||
return self._peek.val
|
||
|
||
def to_list(self) -> list[int]:
|
||
"""轉化為串列用於列印"""
|
||
arr = []
|
||
node = self._peek
|
||
while node:
|
||
arr.append(node.val)
|
||
node = node.next
|
||
arr.reverse()
|
||
return arr
|
||
```
|
||
|
||
=== "C++"
|
||
|
||
```cpp title="linkedlist_stack.cpp"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
private:
|
||
ListNode *stackTop; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
int stkSize; // 堆疊的長度
|
||
|
||
public:
|
||
LinkedListStack() {
|
||
stackTop = nullptr;
|
||
stkSize = 0;
|
||
}
|
||
|
||
~LinkedListStack() {
|
||
// 走訪鏈結串列刪除節點，釋放記憶體
|
||
freeMemoryLinkedList(stackTop);
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size() {
|
||
return stkSize;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
bool isEmpty() {
|
||
return size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
void push(int num) {
|
||
ListNode *node = new ListNode(num);
|
||
node->next = stackTop;
|
||
stackTop = node;
|
||
stkSize++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
int pop() {
|
||
int num = top();
|
||
ListNode *tmp = stackTop;
|
||
stackTop = stackTop->next;
|
||
// 釋放記憶體
|
||
delete tmp;
|
||
stkSize--;
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int top() {
|
||
if (isEmpty())
|
||
throw out_of_range("堆疊為空");
|
||
return stackTop->val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
vector<int> toVector() {
|
||
ListNode *node = stackTop;
|
||
vector<int> res(size());
|
||
for (int i = res.size() - 1; i >= 0; i--) {
|
||
res[i] = node->val;
|
||
node = node->next;
|
||
}
|
||
return res;
|
||
}
|
||
};
|
||
```
|
||
|
||
=== "Java"
|
||
|
||
```java title="linkedlist_stack.java"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
private ListNode stackPeek; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
private int stkSize = 0; // 堆疊的長度
|
||
|
||
public LinkedListStack() {
|
||
stackPeek = null;
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
public int size() {
|
||
return stkSize;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
public boolean isEmpty() {
|
||
return size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
public void push(int num) {
|
||
ListNode node = new ListNode(num);
|
||
node.next = stackPeek;
|
||
stackPeek = node;
|
||
stkSize++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
public int pop() {
|
||
int num = peek();
|
||
stackPeek = stackPeek.next;
|
||
stkSize--;
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
public int peek() {
|
||
if (isEmpty())
|
||
throw new IndexOutOfBoundsException();
|
||
return stackPeek.val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
public int[] toArray() {
|
||
ListNode node = stackPeek;
|
||
int[] res = new int[size()];
|
||
for (int i = res.length - 1; i >= 0; i--) {
|
||
res[i] = node.val;
|
||
node = node.next;
|
||
}
|
||
return res;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "C#"
|
||
|
||
```csharp title="linkedlist_stack.cs"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
ListNode? stackPeek; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
int stkSize = 0; // 堆疊的長度
|
||
|
||
public LinkedListStack() {
|
||
stackPeek = null;
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
public int Size() {
|
||
return stkSize;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
public bool IsEmpty() {
|
||
return Size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
public void Push(int num) {
|
||
ListNode node = new(num) {
|
||
next = stackPeek
|
||
};
|
||
stackPeek = node;
|
||
stkSize++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
public int Pop() {
|
||
int num = Peek();
|
||
stackPeek = stackPeek!.next;
|
||
stkSize--;
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
public int Peek() {
|
||
if (IsEmpty())
|
||
throw new Exception();
|
||
return stackPeek!.val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
public int[] ToArray() {
|
||
if (stackPeek == null)
|
||
return [];
|
||
|
||
ListNode? node = stackPeek;
|
||
int[] res = new int[Size()];
|
||
for (int i = res.Length - 1; i >= 0; i--) {
|
||
res[i] = node!.val;
|
||
node = node.next;
|
||
}
|
||
return res;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Go"
|
||
|
||
```go title="linkedlist_stack.go"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
type linkedListStack struct {
|
||
// 使用內建包 list 來實現堆疊
|
||
data *list.List
|
||
}
|
||
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
func newLinkedListStack() *linkedListStack {
|
||
return &linkedListStack{
|
||
data: list.New(),
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
func (s *linkedListStack) push(value int) {
|
||
s.data.PushBack(value)
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
func (s *linkedListStack) pop() any {
|
||
if s.isEmpty() {
|
||
return nil
|
||
}
|
||
e := s.data.Back()
|
||
s.data.Remove(e)
|
||
return e.Value
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
func (s *linkedListStack) peek() any {
|
||
if s.isEmpty() {
|
||
return nil
|
||
}
|
||
e := s.data.Back()
|
||
return e.Value
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
func (s *linkedListStack) size() int {
|
||
return s.data.Len()
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
func (s *linkedListStack) isEmpty() bool {
|
||
return s.data.Len() == 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取 List 用於列印 */
|
||
func (s *linkedListStack) toList() *list.List {
|
||
return s.data
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Swift"
|
||
|
||
```swift title="linkedlist_stack.swift"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
private var _peek: ListNode? // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
private var _size: Int // 堆疊的長度
|
||
|
||
init() {
|
||
_size = 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
func size() -> Int {
|
||
_size
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
func isEmpty() -> Bool {
|
||
size() == 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
func push(num: Int) {
|
||
let node = ListNode(x: num)
|
||
node.next = _peek
|
||
_peek = node
|
||
_size += 1
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
@discardableResult
|
||
func pop() -> Int {
|
||
let num = peek()
|
||
_peek = _peek?.next
|
||
_size -= 1
|
||
return num
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
func peek() -> Int {
|
||
if isEmpty() {
|
||
fatalError("堆疊為空")
|
||
}
|
||
return _peek!.val
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
func toArray() -> [Int] {
|
||
var node = _peek
|
||
var res = Array(repeating: 0, count: size())
|
||
for i in res.indices.reversed() {
|
||
res[i] = node!.val
|
||
node = node?.next
|
||
}
|
||
return res
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "JS"
|
||
|
||
```javascript title="linkedlist_stack.js"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
#stackPeek; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
#stkSize = 0; // 堆疊的長度
|
||
|
||
constructor() {
|
||
this.#stackPeek = null;
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
get size() {
|
||
return this.#stkSize;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
isEmpty() {
|
||
return this.size === 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
push(num) {
|
||
const node = new ListNode(num);
|
||
node.next = this.#stackPeek;
|
||
this.#stackPeek = node;
|
||
this.#stkSize++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
pop() {
|
||
const num = this.peek();
|
||
this.#stackPeek = this.#stackPeek.next;
|
||
this.#stkSize--;
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
peek() {
|
||
if (!this.#stackPeek) throw new Error('堆疊為空');
|
||
return this.#stackPeek.val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
||
toArray() {
|
||
let node = this.#stackPeek;
|
||
const res = new Array(this.size);
|
||
for (let i = res.length - 1; i >= 0; i--) {
|
||
res[i] = node.val;
|
||
node = node.next;
|
||
}
|
||
return res;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "TS"
|
||
|
||
```typescript title="linkedlist_stack.ts"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
private stackPeek: ListNode | null; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
private stkSize: number = 0; // 堆疊的長度
|
||
|
||
constructor() {
|
||
this.stackPeek = null;
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
get size(): number {
|
||
return this.stkSize;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
isEmpty(): boolean {
|
||
return this.size === 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
push(num: number): void {
|
||
const node = new ListNode(num);
|
||
node.next = this.stackPeek;
|
||
this.stackPeek = node;
|
||
this.stkSize++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
pop(): number {
|
||
const num = this.peek();
|
||
if (!this.stackPeek) throw new Error('堆疊為空');
|
||
this.stackPeek = this.stackPeek.next;
|
||
this.stkSize--;
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
peek(): number {
|
||
if (!this.stackPeek) throw new Error('堆疊為空');
|
||
return this.stackPeek.val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
||
toArray(): number[] {
|
||
let node = this.stackPeek;
|
||
const res = new Array<number>(this.size);
|
||
for (let i = res.length - 1; i >= 0; i--) {
|
||
res[i] = node!.val;
|
||
node = node!.next;
|
||
}
|
||
return res;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Dart"
|
||
|
||
```dart title="linkedlist_stack.dart"
|
||
/* 基於鏈結串列類別實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack {
|
||
ListNode? _stackPeek; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
int _stkSize = 0; // 堆疊的長度
|
||
|
||
LinkedListStack() {
|
||
_stackPeek = null;
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size() {
|
||
return _stkSize;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
bool isEmpty() {
|
||
return _stkSize == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
void push(int _num) {
|
||
final ListNode node = ListNode(_num);
|
||
node.next = _stackPeek;
|
||
_stackPeek = node;
|
||
_stkSize++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
int pop() {
|
||
final int _num = peek();
|
||
_stackPeek = _stackPeek!.next;
|
||
_stkSize--;
|
||
return _num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek() {
|
||
if (_stackPeek == null) {
|
||
throw Exception("堆疊為空");
|
||
}
|
||
return _stackPeek!.val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將鏈結串列轉化為 List 並返回 */
|
||
List<int> toList() {
|
||
ListNode? node = _stackPeek;
|
||
List<int> list = [];
|
||
while (node != null) {
|
||
list.add(node.val);
|
||
node = node.next;
|
||
}
|
||
list = list.reversed.toList();
|
||
return list;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Rust"
|
||
|
||
```rust title="linkedlist_stack.rs"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
#[allow(dead_code)]
|
||
pub struct LinkedListStack<T> {
|
||
stack_peek: Option<Rc<RefCell<ListNode<T>>>>, // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
stk_size: usize, // 堆疊的長度
|
||
}
|
||
|
||
impl<T: Copy> LinkedListStack<T> {
|
||
pub fn new() -> Self {
|
||
Self {
|
||
stack_peek: None,
|
||
stk_size: 0,
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
pub fn size(&self) -> usize {
|
||
return self.stk_size;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
pub fn is_empty(&self) -> bool {
|
||
return self.size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
pub fn push(&mut self, num: T) {
|
||
let node = ListNode::new(num);
|
||
node.borrow_mut().next = self.stack_peek.take();
|
||
self.stack_peek = Some(node);
|
||
self.stk_size += 1;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
pub fn pop(&mut self) -> Option<T> {
|
||
self.stack_peek.take().map(|old_head| {
|
||
match old_head.borrow_mut().next.take() {
|
||
Some(new_head) => {
|
||
self.stack_peek = Some(new_head);
|
||
}
|
||
None => {
|
||
self.stack_peek = None;
|
||
}
|
||
}
|
||
self.stk_size -= 1;
|
||
Rc::try_unwrap(old_head).ok().unwrap().into_inner().val
|
||
})
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
pub fn peek(&self) -> Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>> {
|
||
self.stack_peek.as_ref()
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
pub fn to_array(&self, head: Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>>) -> Vec<T> {
|
||
if let Some(node) = head {
|
||
let mut nums = self.to_array(node.borrow().next.as_ref());
|
||
nums.push(node.borrow().val);
|
||
return nums;
|
||
}
|
||
return Vec::new();
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "C"
|
||
|
||
```c title="linkedlist_stack.c"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
typedef struct {
|
||
ListNode *top; // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
int size; // 堆疊的長度
|
||
} LinkedListStack;
|
||
|
||
/* 建構子 */
|
||
LinkedListStack *newLinkedListStack() {
|
||
LinkedListStack *s = malloc(sizeof(LinkedListStack));
|
||
s->top = NULL;
|
||
s->size = 0;
|
||
return s;
|
||
}
|
||
|
||
/* 析構函式 */
|
||
void delLinkedListStack(LinkedListStack *s) {
|
||
while (s->top) {
|
||
ListNode *n = s->top->next;
|
||
free(s->top);
|
||
s->top = n;
|
||
}
|
||
free(s);
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size(LinkedListStack *s) {
|
||
return s->size;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
bool isEmpty(LinkedListStack *s) {
|
||
return size(s) == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
void push(LinkedListStack *s, int num) {
|
||
ListNode *node = (ListNode *)malloc(sizeof(ListNode));
|
||
node->next = s->top; // 更新新加節點指標域
|
||
node->val = num; // 更新新加節點資料域
|
||
s->top = node; // 更新堆疊頂
|
||
s->size++; // 更新堆疊大小
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek(LinkedListStack *s) {
|
||
if (s->size == 0) {
|
||
printf("堆疊為空\n");
|
||
return INT_MAX;
|
||
}
|
||
return s->top->val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
int pop(LinkedListStack *s) {
|
||
int val = peek(s);
|
||
ListNode *tmp = s->top;
|
||
s->top = s->top->next;
|
||
// 釋放記憶體
|
||
free(tmp);
|
||
s->size--;
|
||
return val;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Kotlin"
|
||
|
||
```kotlin title="linkedlist_stack.kt"
|
||
/* 基於鏈結串列實現的堆疊 */
|
||
class LinkedListStack(
|
||
private var stackPeek: ListNode? = null, // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
private var stkSize: Int = 0 // 堆疊的長度
|
||
) {
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
fun size(): Int {
|
||
return stkSize
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
fun isEmpty(): Boolean {
|
||
return size() == 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
fun push(num: Int) {
|
||
val node = ListNode(num)
|
||
node.next = stackPeek
|
||
stackPeek = node
|
||
stkSize++
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
fun pop(): Int? {
|
||
val num = peek()
|
||
stackPeek = stackPeek?.next
|
||
stkSize--;
|
||
return num
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
fun peek(): Int? {
|
||
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
|
||
return stackPeek?.value
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
fun toArray(): IntArray {
|
||
var node = stackPeek
|
||
val res = IntArray(size())
|
||
for (i in res.size - 1 downTo 0) {
|
||
res[i] = node?.value!!
|
||
node = node.next
|
||
}
|
||
return res
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Ruby"
|
||
|
||
```ruby title="linkedlist_stack.rb"
|
||
[class]{LinkedListStack}-[func]{}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Zig"
|
||
|
||
```zig title="linkedlist_stack.zig"
|
||
// 基於鏈結串列實現的堆疊
|
||
fn LinkedListStack(comptime T: type) type {
|
||
return struct {
|
||
const Self = @This();
|
||
|
||
stack_top: ?*inc.ListNode(T) = null, // 將頭節點作為堆疊頂
|
||
stk_size: usize = 0, // 堆疊的長度
|
||
mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null,
|
||
mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 記憶體分配器
|
||
|
||
// 建構子（分配記憶體+初始化堆疊）
|
||
pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void {
|
||
if (self.mem_arena == null) {
|
||
self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator);
|
||
self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator();
|
||
}
|
||
self.stack_top = null;
|
||
self.stk_size = 0;
|
||
}
|
||
|
||
// 析構函式（釋放記憶體）
|
||
pub fn deinit(self: *Self) void {
|
||
if (self.mem_arena == null) return;
|
||
self.mem_arena.?.deinit();
|
||
}
|
||
|
||
// 獲取堆疊的長度
|
||
pub fn size(self: *Self) usize {
|
||
return self.stk_size;
|
||
}
|
||
|
||
// 判斷堆疊是否為空
|
||
pub fn isEmpty(self: *Self) bool {
|
||
return self.size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
// 訪問堆疊頂元素
|
||
pub fn peek(self: *Self) T {
|
||
if (self.size() == 0) @panic("堆疊為空");
|
||
return self.stack_top.?.val;
|
||
}
|
||
|
||
// 入堆疊
|
||
pub fn push(self: *Self, num: T) !void {
|
||
var node = try self.mem_allocator.create(inc.ListNode(T));
|
||
node.init(num);
|
||
node.next = self.stack_top;
|
||
self.stack_top = node;
|
||
self.stk_size += 1;
|
||
}
|
||
|
||
// 出堆疊
|
||
pub fn pop(self: *Self) T {
|
||
var num = self.peek();
|
||
self.stack_top = self.stack_top.?.next;
|
||
self.stk_size -= 1;
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
// 將堆疊轉換為陣列
|
||
pub fn toArray(self: *Self) ![]T {
|
||
var node = self.stack_top;
|
||
var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size());
|
||
@memset(res, @as(T, 0));
|
||
var i: usize = 0;
|
||
while (i < res.len) : (i += 1) {
|
||
res[res.len - i - 1] = node.?.val;
|
||
node = node.?.next;
|
||
}
|
||
return res;
|
||
}
|
||
};
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
??? pythontutor "視覺化執行"
|
||
|
||
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%0Aclass%20LinkedListStack%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E9%93%BE%E8%A1%A8%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E7%9A%84%E6%A0%88%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E6%9E%84%E9%80%A0%E6%96%B9%E6%B3%95%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20not%20self._peek%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20ListNode%28val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node.next%20%3D%20self._peek%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%20%3D%20self._peek.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E6%A0%88%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._peek.val%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BD%AC%E5%8C%96%E4%B8%BA%E5%88%97%E8%A1%A8%E7%94%A8%E4%BA%8E%E6%89%93%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20arr%20%3D%20%5B%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20self._peek%0A%20%20%20%20%20%20%20%20while%20node%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20arr.append%28node.val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20node.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20arr.reverse%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20arr%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20LinkedListStack%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack.push%281%29%0A%20%20%20%20stack.push%283%29%0A%20%20%20%20stack.push%282%29%0A%20%20%20%20stack.push%285%29%0A%20%20%20%20stack.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22,%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E6%A0%88%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22,%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%90%8E%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20stack.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%20size%20%3D%22,%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20stack.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%20%3D%22,%20is_empty%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=4&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
||
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%0Aclass%20LinkedListStack%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E9%93%BE%E8%A1%A8%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E7%9A%84%E6%A0%88%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E6%9E%84%E9%80%A0%E6%96%B9%E6%B3%95%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20not%20self._peek%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20ListNode%28val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node.next%20%3D%20self._peek%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%20%3D%20self._peek.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E6%A0%88%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._peek.val%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BD%AC%E5%8C%96%E4%B8%BA%E5%88%97%E8%A1%A8%E7%94%A8%E4%BA%8E%E6%89%93%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20arr%20%3D%20%5B%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20self._peek%0A%20%20%20%20%20%20%20%20while%20node%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20arr.append%28node.val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20node.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20arr.reverse%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20arr%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20LinkedListStack%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack.push%281%29%0A%20%20%20%20stack.push%283%29%0A%20%20%20%20stack.push%282%29%0A%20%20%20%20stack.push%285%29%0A%20%20%20%20stack.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22,%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E6%A0%88%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22,%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%90%8E%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20stack.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%20size%20%3D%22,%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20stack.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%20%3D%22,%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=4&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全螢幕觀看 ></a></div>
|
||
|
||
### 2. 基於陣列的實現
|
||
|
||
使用陣列實現堆疊時，我們可以將陣列的尾部作為堆疊頂。如圖 5-3 所示，入堆疊與出堆疊操作分別對應在陣列尾部新增元素與刪除元素，時間複雜度都為 $O(1)$ 。
|
||
|
||
=== "ArrayStack"
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
=== "push()"
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
=== "pop()"
|
||
{ class="animation-figure" }
|
||
|
||
<p align="center"> 圖 5-3 基於陣列實現堆疊的入堆疊出堆疊操作 </p>
|
||
|
||
由於入堆疊的元素可能會源源不斷地增加，因此我們可以使用動態陣列，這樣就無須自行處理陣列擴容問題。以下為示例程式碼：
|
||
|
||
=== "Python"
|
||
|
||
```python title="array_stack.py"
|
||
class ArrayStack:
|
||
"""基於陣列實現的堆疊"""
|
||
|
||
def __init__(self):
|
||
"""建構子"""
|
||
self._stack: list[int] = []
|
||
|
||
def size(self) -> int:
|
||
"""獲取堆疊的長度"""
|
||
return len(self._stack)
|
||
|
||
def is_empty(self) -> bool:
|
||
"""判斷堆疊是否為空"""
|
||
return self._stack == []
|
||
|
||
def push(self, item: int):
|
||
"""入堆疊"""
|
||
self._stack.append(item)
|
||
|
||
def pop(self) -> int:
|
||
"""出堆疊"""
|
||
if self.is_empty():
|
||
raise IndexError("堆疊為空")
|
||
return self._stack.pop()
|
||
|
||
def peek(self) -> int:
|
||
"""訪問堆疊頂元素"""
|
||
if self.is_empty():
|
||
raise IndexError("堆疊為空")
|
||
return self._stack[-1]
|
||
|
||
def to_list(self) -> list[int]:
|
||
"""返回串列用於列印"""
|
||
return self._stack
|
||
```
|
||
|
||
=== "C++"
|
||
|
||
```cpp title="array_stack.cpp"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
private:
|
||
vector<int> stack;
|
||
|
||
public:
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size() {
|
||
return stack.size();
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
bool isEmpty() {
|
||
return stack.size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
void push(int num) {
|
||
stack.push_back(num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
int pop() {
|
||
int num = top();
|
||
stack.pop_back();
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int top() {
|
||
if (isEmpty())
|
||
throw out_of_range("堆疊為空");
|
||
return stack.back();
|
||
}
|
||
|
||
/* 返回 Vector */
|
||
vector<int> toVector() {
|
||
return stack;
|
||
}
|
||
};
|
||
```
|
||
|
||
=== "Java"
|
||
|
||
```java title="array_stack.java"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
private ArrayList<Integer> stack;
|
||
|
||
public ArrayStack() {
|
||
// 初始化串列（動態陣列）
|
||
stack = new ArrayList<>();
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
public int size() {
|
||
return stack.size();
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
public boolean isEmpty() {
|
||
return size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
public void push(int num) {
|
||
stack.add(num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
public int pop() {
|
||
if (isEmpty())
|
||
throw new IndexOutOfBoundsException();
|
||
return stack.remove(size() - 1);
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
public int peek() {
|
||
if (isEmpty())
|
||
throw new IndexOutOfBoundsException();
|
||
return stack.get(size() - 1);
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
public Object[] toArray() {
|
||
return stack.toArray();
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "C#"
|
||
|
||
```csharp title="array_stack.cs"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
List<int> stack;
|
||
public ArrayStack() {
|
||
// 初始化串列（動態陣列）
|
||
stack = [];
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
public int Size() {
|
||
return stack.Count;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
public bool IsEmpty() {
|
||
return Size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
public void Push(int num) {
|
||
stack.Add(num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
public int Pop() {
|
||
if (IsEmpty())
|
||
throw new Exception();
|
||
var val = Peek();
|
||
stack.RemoveAt(Size() - 1);
|
||
return val;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
public int Peek() {
|
||
if (IsEmpty())
|
||
throw new Exception();
|
||
return stack[Size() - 1];
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
public int[] ToArray() {
|
||
return [.. stack];
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Go"
|
||
|
||
```go title="array_stack.go"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
type arrayStack struct {
|
||
data []int // 資料
|
||
}
|
||
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
func newArrayStack() *arrayStack {
|
||
return &arrayStack{
|
||
// 設定堆疊的長度為 0，容量為 16
|
||
data: make([]int, 0, 16),
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 堆疊的長度 */
|
||
func (s *arrayStack) size() int {
|
||
return len(s.data)
|
||
}
|
||
|
||
/* 堆疊是否為空 */
|
||
func (s *arrayStack) isEmpty() bool {
|
||
return s.size() == 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
func (s *arrayStack) push(v int) {
|
||
// 切片會自動擴容
|
||
s.data = append(s.data, v)
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
func (s *arrayStack) pop() any {
|
||
val := s.peek()
|
||
s.data = s.data[:len(s.data)-1]
|
||
return val
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊頂元素 */
|
||
func (s *arrayStack) peek() any {
|
||
if s.isEmpty() {
|
||
return nil
|
||
}
|
||
val := s.data[len(s.data)-1]
|
||
return val
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取 Slice 用於列印 */
|
||
func (s *arrayStack) toSlice() []int {
|
||
return s.data
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Swift"
|
||
|
||
```swift title="array_stack.swift"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
private var stack: [Int]
|
||
|
||
init() {
|
||
// 初始化串列（動態陣列）
|
||
stack = []
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
func size() -> Int {
|
||
stack.count
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
func isEmpty() -> Bool {
|
||
stack.isEmpty
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
func push(num: Int) {
|
||
stack.append(num)
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
@discardableResult
|
||
func pop() -> Int {
|
||
if isEmpty() {
|
||
fatalError("堆疊為空")
|
||
}
|
||
return stack.removeLast()
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
func peek() -> Int {
|
||
if isEmpty() {
|
||
fatalError("堆疊為空")
|
||
}
|
||
return stack.last!
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
func toArray() -> [Int] {
|
||
stack
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "JS"
|
||
|
||
```javascript title="array_stack.js"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
#stack;
|
||
constructor() {
|
||
this.#stack = [];
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
get size() {
|
||
return this.#stack.length;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
isEmpty() {
|
||
return this.#stack.length === 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
push(num) {
|
||
this.#stack.push(num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
pop() {
|
||
if (this.isEmpty()) throw new Error('堆疊為空');
|
||
return this.#stack.pop();
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
top() {
|
||
if (this.isEmpty()) throw new Error('堆疊為空');
|
||
return this.#stack[this.#stack.length - 1];
|
||
}
|
||
|
||
/* 返回 Array */
|
||
toArray() {
|
||
return this.#stack;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "TS"
|
||
|
||
```typescript title="array_stack.ts"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
private stack: number[];
|
||
constructor() {
|
||
this.stack = [];
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
get size(): number {
|
||
return this.stack.length;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
isEmpty(): boolean {
|
||
return this.stack.length === 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
push(num: number): void {
|
||
this.stack.push(num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
pop(): number | undefined {
|
||
if (this.isEmpty()) throw new Error('堆疊為空');
|
||
return this.stack.pop();
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
top(): number | undefined {
|
||
if (this.isEmpty()) throw new Error('堆疊為空');
|
||
return this.stack[this.stack.length - 1];
|
||
}
|
||
|
||
/* 返回 Array */
|
||
toArray() {
|
||
return this.stack;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Dart"
|
||
|
||
```dart title="array_stack.dart"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
late List<int> _stack;
|
||
ArrayStack() {
|
||
_stack = [];
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size() {
|
||
return _stack.length;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
bool isEmpty() {
|
||
return _stack.isEmpty;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
void push(int _num) {
|
||
_stack.add(_num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
int pop() {
|
||
if (isEmpty()) {
|
||
throw Exception("堆疊為空");
|
||
}
|
||
return _stack.removeLast();
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek() {
|
||
if (isEmpty()) {
|
||
throw Exception("堆疊為空");
|
||
}
|
||
return _stack.last;
|
||
}
|
||
|
||
/* 將堆疊轉化為 Array 並返回 */
|
||
List<int> toArray() => _stack;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Rust"
|
||
|
||
```rust title="array_stack.rs"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
struct ArrayStack<T> {
|
||
stack: Vec<T>,
|
||
}
|
||
|
||
impl<T> ArrayStack<T> {
|
||
/* 初始化堆疊 */
|
||
fn new() -> ArrayStack<T> {
|
||
ArrayStack::<T> {
|
||
stack: Vec::<T>::new(),
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
fn size(&self) -> usize {
|
||
self.stack.len()
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
fn is_empty(&self) -> bool {
|
||
self.size() == 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
fn push(&mut self, num: T) {
|
||
self.stack.push(num);
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
fn pop(&mut self) -> Option<T> {
|
||
self.stack.pop()
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
fn peek(&self) -> Option<&T> {
|
||
if self.is_empty() {
|
||
panic!("堆疊為空")
|
||
};
|
||
self.stack.last()
|
||
}
|
||
|
||
/* 返回 &Vec */
|
||
fn to_array(&self) -> &Vec<T> {
|
||
&self.stack
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "C"
|
||
|
||
```c title="array_stack.c"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
typedef struct {
|
||
int *data;
|
||
int size;
|
||
} ArrayStack;
|
||
|
||
/* 建構子 */
|
||
ArrayStack *newArrayStack() {
|
||
ArrayStack *stack = malloc(sizeof(ArrayStack));
|
||
// 初始化一個大容量，避免擴容
|
||
stack->data = malloc(sizeof(int) * MAX_SIZE);
|
||
stack->size = 0;
|
||
return stack;
|
||
}
|
||
|
||
/* 析構函式 */
|
||
void delArrayStack(ArrayStack *stack) {
|
||
free(stack->data);
|
||
free(stack);
|
||
}
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
int size(ArrayStack *stack) {
|
||
return stack->size;
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
bool isEmpty(ArrayStack *stack) {
|
||
return stack->size == 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
void push(ArrayStack *stack, int num) {
|
||
if (stack->size == MAX_SIZE) {
|
||
printf("堆疊已滿\n");
|
||
return;
|
||
}
|
||
stack->data[stack->size] = num;
|
||
stack->size++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
int peek(ArrayStack *stack) {
|
||
if (stack->size == 0) {
|
||
printf("堆疊為空\n");
|
||
return INT_MAX;
|
||
}
|
||
return stack->data[stack->size - 1];
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
int pop(ArrayStack *stack) {
|
||
int val = peek(stack);
|
||
stack->size--;
|
||
return val;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Kotlin"
|
||
|
||
```kotlin title="array_stack.kt"
|
||
/* 基於陣列實現的堆疊 */
|
||
class ArrayStack {
|
||
// 初始化串列（動態陣列）
|
||
private val stack = ArrayList<Int>()
|
||
|
||
/* 獲取堆疊的長度 */
|
||
fun size(): Int {
|
||
return stack.size
|
||
}
|
||
|
||
/* 判斷堆疊是否為空 */
|
||
fun isEmpty(): Boolean {
|
||
return size() == 0
|
||
}
|
||
|
||
/* 入堆疊 */
|
||
fun push(num: Int) {
|
||
stack.add(num)
|
||
}
|
||
|
||
/* 出堆疊 */
|
||
fun pop(): Int {
|
||
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
|
||
return stack.removeAt(size() - 1)
|
||
}
|
||
|
||
/* 訪問堆疊頂元素 */
|
||
fun peek(): Int {
|
||
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
|
||
return stack[size() - 1]
|
||
}
|
||
|
||
/* 將 List 轉化為 Array 並返回 */
|
||
fun toArray(): Array<Any> {
|
||
return stack.toArray()
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Ruby"
|
||
|
||
```ruby title="array_stack.rb"
|
||
[class]{ArrayStack}-[func]{}
|
||
```
|
||
|
||
=== "Zig"
|
||
|
||
```zig title="array_stack.zig"
|
||
// 基於陣列實現的堆疊
|
||
fn ArrayStack(comptime T: type) type {
|
||
return struct {
|
||
const Self = @This();
|
||
|
||
stack: ?std.ArrayList(T) = null,
|
||
|
||
// 建構子（分配記憶體+初始化堆疊）
|
||
pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) void {
|
||
if (self.stack == null) {
|
||
self.stack = std.ArrayList(T).init(allocator);
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
// 析構方法（釋放記憶體）
|
||
pub fn deinit(self: *Self) void {
|
||
if (self.stack == null) return;
|
||
self.stack.?.deinit();
|
||
}
|
||
|
||
// 獲取堆疊的長度
|
||
pub fn size(self: *Self) usize {
|
||
return self.stack.?.items.len;
|
||
}
|
||
|
||
// 判斷堆疊是否為空
|
||
pub fn isEmpty(self: *Self) bool {
|
||
return self.size() == 0;
|
||
}
|
||
|
||
// 訪問堆疊頂元素
|
||
pub fn peek(self: *Self) T {
|
||
if (self.isEmpty()) @panic("堆疊為空");
|
||
return self.stack.?.items[self.size() - 1];
|
||
}
|
||
|
||
// 入堆疊
|
||
pub fn push(self: *Self, num: T) !void {
|
||
try self.stack.?.append(num);
|
||
}
|
||
|
||
// 出堆疊
|
||
pub fn pop(self: *Self) T {
|
||
var num = self.stack.?.pop();
|
||
return num;
|
||
}
|
||
|
||
// 返回 ArrayList
|
||
pub fn toList(self: *Self) std.ArrayList(T) {
|
||
return self.stack.?;
|
||
}
|
||
};
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
??? pythontutor "視覺化執行"
|
||
|
||
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ArrayStack%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E6%95%B0%E7%BB%84%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E7%9A%84%E6%A0%88%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E6%9E%84%E9%80%A0%E6%96%B9%E6%B3%95%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._stack%3A%20list%5Bint%5D%20%3D%20%5B%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20len%28self._stack%29%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack%20%3D%3D%20%5B%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self,%20item%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._stack.append%28item%29%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E6%A0%88%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack.pop%28%29%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E6%A0%88%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack%5B-1%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BF%94%E5%9B%9E%E5%88%97%E8%A1%A8%E7%94%A8%E4%BA%8E%E6%89%93%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20ArrayStack%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack.push%281%29%0A%20%20%20%20stack.push%283%29%0A%20%20%20%20stack.push%282%29%0A%20%20%20%20stack.push%285%29%0A%20%20%20%20stack.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22,%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E6%A0%88%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22,%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%90%8E%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20stack.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%20size%20%3D%22,%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20stack.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%20%3D%22,%20is_empty%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
||
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ArrayStack%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E6%95%B0%E7%BB%84%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E7%9A%84%E6%A0%88%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E6%9E%84%E9%80%A0%E6%96%B9%E6%B3%95%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._stack%3A%20list%5Bint%5D%20%3D%20%5B%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20len%28self._stack%29%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack%20%3D%3D%20%5B%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self,%20item%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._stack.append%28item%29%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E6%A0%88%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E6%A0%88%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack.pop%28%29%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E6%A0%88%E4%B8%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack%5B-1%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BF%94%E5%9B%9E%E5%88%97%E8%A1%A8%E7%94%A8%E4%BA%8E%E6%89%93%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._stack%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20ArrayStack%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E6%A0%88%0A%20%20%20%20stack.push%281%29%0A%20%20%20%20stack.push%283%29%0A%20%20%20%20stack.push%282%29%0A%20%20%20%20stack.push%285%29%0A%20%20%20%20stack.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E9%A1%B6%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22,%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E6%A0%88%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22,%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E6%A0%88%E5%90%8E%20stack%20%3D%22,%20stack.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20stack.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E7%9A%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%20size%20%3D%22,%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%AD%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20stack.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%A0%88%E6%98%AF%E5%90%A6%E4%B8%BA%E7%A9%BA%20%3D%22,%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全螢幕觀看 ></a></div>
|
||
|
||
## 5.1.3 兩種實現對比
|
||
|
||
**支持操作**
|
||
|
||
兩種實現都支持堆疊定義中的各項操作。陣列實現額外支持隨機訪問，但這已超出了堆疊的定義範疇，因此一般不會用到。
|
||
|
||
**時間效率**
|
||
|
||
在基於陣列的實現中，入堆疊和出堆疊操作都在預先分配好的連續記憶體中進行，具有很好的快取本地性，因此效率較高。然而，如果入堆疊時超出陣列容量，會觸發擴容機制，導致該次入堆疊操作的時間複雜度變為 $O(n)$ 。
|
||
|
||
在基於鏈結串列的實現中，鏈結串列的擴容非常靈活，不存在上述陣列擴容時效率降低的問題。但是，入堆疊操作需要初始化節點物件並修改指標，因此效率相對較低。不過，如果入堆疊元素本身就是節點物件，那麼可以省去初始化步驟，從而提高效率。
|
||
|
||
綜上所述，當入堆疊與出堆疊操作的元素是基本資料型別時，例如 `int` 或 `double` ，我們可以得出以下結論。
|
||
|
||
- 基於陣列實現的堆疊在觸發擴容時效率會降低，但由於擴容是低頻操作，因此平均效率更高。
|
||
- 基於鏈結串列實現的堆疊可以提供更加穩定的效率表現。
|
||
|
||
**空間效率**
|
||
|
||
在初始化串列時，系統會為串列分配“初始容量”，該容量可能超出實際需求；並且，擴容機制通常是按照特定倍率（例如 2 倍）進行擴容的，擴容後的容量也可能超出實際需求。因此，**基於陣列實現的堆疊可能造成一定的空間浪費**。
|
||
|
||
然而，由於鏈結串列節點需要額外儲存指標，**因此鏈結串列節點佔用的空間相對較大**。
|
||
|
||
綜上，我們不能簡單地確定哪種實現更加節省記憶體，需要針對具體情況進行分析。
|
||
|
||
## 5.1.4 堆疊的典型應用
|
||
|
||
- **瀏覽器中的後退與前進、軟體中的撤銷與反撤銷**。每當我們開啟新的網頁，瀏覽器就會對上一個網頁執行入堆疊，這樣我們就可以通過後退操作回到上一個網頁。後退操作實際上是在執行出堆疊。如果要同時支持後退和前進，那麼需要兩個堆疊來配合實現。
|
||
- **程式記憶體管理**。每次呼叫函式時，系統都會在堆疊頂新增一個堆疊幀，用於記錄函式的上下文資訊。在遞迴函式中，向下遞推階段會不斷執行入堆疊操作，而向上回溯階段則會不斷執行出堆疊操作。
|