Стек в программировании: О стеке простыми словами — для студентов и просто начинающих / Хабр

Содержание

Что такое стек

Посте­пен­но осва­и­ва­ем спо­со­бы орга­ни­за­ции и хра­не­ния дан­ных. Уже было про дере­вья, попро­бу­ем про сте­ки. Это для тех, кто хочет в буду­щем серьёз­но рабо­тать в ИТ: одна из фун­да­мен­таль­ных кон­цеп­ций, кото­рая вли­я­ет на каче­ство ваше­го кода, но не каса­ет­ся какого-то кон­крет­но­го язы­ка программирования. 

👉 Стек — это одна из струк­тур дан­ных. Струк­ту­ра дан­ных — это то, как хра­нят­ся дан­ные: напри­мер, свя­зан­ные спис­ки, дере­вья, оче­ре­ди, мно­же­ства, хеш-таблицы, кар­ты и даже кучи (heap). 

Как устроен стек

Стек хра­нит после­до­ва­тель­ность дан­ных. Свя­за­ны дан­ные так: каж­дый эле­мент ука­зы­ва­ет на тот, кото­рый нуж­но исполь­зо­вать сле­ду­ю­щим. Это линей­ная связь — дан­ные идут друг за дру­гом и нуж­но брать их по оче­ре­ди. Из сере­ди­ны сте­ка брать нельзя.

👉 Глав­ный прин­цип рабо­ты сте­ка — дан­ные, кото­рые попа­ли в стек недав­но, исполь­зу­ют­ся пер­вы­ми. Чем рань­ше попал — тем поз­же исполь­зу­ет­ся. После исполь­зо­ва­ния эле­мент сте­ка исче­за­ет, и верх­ним ста­но­вит­ся сле­ду­ю­щий элемент.

Клас­си­че­ский спо­соб объ­яс­не­ния прин­ци­пов сте­ка зву­чит так: пред­ставь­те, что вы мое­те посу­ду и скла­ды­ва­е­те оди­на­ко­вые чистые тарел­ки стоп­кой друг на дру­га. Каж­дая новая тарел­ка — это эле­мент сте­ка, а вы про­сто добав­ля­е­те их по одной в стек.

Когда кому-то пона­до­бит­ся тарел­ка, он не будет брать её сни­зу или из сере­ди­ны — он возь­мёт первую свер­ху, потом сле­ду­ю­щую и так далее. 

🤔 Есть струк­ту­ра дан­ных, похо­жая на стек, — назы­ва­ет­ся оче­редь, или queue. Если в сте­ке кто послед­ний при­шёл, того пер­вым забе­рут, то в оче­ре­ди наобо­рот: кто рань­ше при­шёл, тот рань­ше ушёл. Мож­но пред­ста­вить оче­редь в мага­зине: кто рань­ше её занял, тот пер­вый дошёл до кас­сы. Оче­редь — это тоже линей­ный набор дан­ных, но обра­ба­ты­ва­ет­ся по-другому. 

Стек вызовов

В про­грам­ми­ро­ва­нии есть два вида сте­ка — стек вызо­вов и стек данных.  

Когда в про­грам­ме есть под­про­грам­мы — про­це­ду­ры и функ­ции, — то ком­пью­те­ру нуж­но пом­нить, где он пре­рвал­ся в основ­ном коде, что­бы выпол­нить под­про­грам­му. После выпол­не­ния он дол­жен вер­нуть­ся обрат­но и про­дол­жить выпол­нять основ­ной код. При этом если под­про­грам­ма воз­вра­ща­ет какие-то дан­ные, то их тоже нуж­но запом­нить и пере­дать в основ­ной код.

Что­бы это реа­ли­зо­вать, ком­пью­тер исполь­зу­ет стек вызо­вов — спе­ци­аль­ную область памя­ти, где хра­нит дан­ные о точ­ках пере­хо­да меж­ду фраг­мен­та­ми кода. 

Допу­стим, у нас есть про­грам­ма, внут­ри кото­рой есть три функ­ции, при­чём одна из них внут­ри вызы­ва­ет дру­гую. Нари­су­ем, что­бы было понятнее:

Про­грам­ма запус­ка­ет­ся, потом идёт вызов синей функ­ции. Она выпол­ня­ет­ся, и про­грам­ма про­дол­жа­ет с того места, где оста­но­ви­лась. Потом выпол­ня­ет­ся зелё­ная функ­ция, кото­рая вызы­ва­ет крас­ную. Пока крас­ная не закон­чит рабо­ту, все осталь­ные ждут. Как толь­ко крас­ная закон­чи­лась — про­дол­жа­ет­ся зелё­ная, а после её окон­ча­ния про­грам­ма про­дол­жа­ет свою рабо­ту с того же места.

А вот как стек помо­га­ет это реа­ли­зо­вать на практике:

Про­грам­ма дошла до синей функ­ции, сохра­ни­ла точ­ку, куда ей вер­нуть­ся после того, как закон­чит­ся функ­ция, и если функ­ция вер­нёт какие-то дан­ные, то про­грам­ма тоже их полу­чит. Когда синяя функ­ция закон­чит­ся и про­грам­ма полу­чит верх­ний эле­мент сте­ка, он авто­ма­ти­че­ски исчез­нет. Стек сно­ва пустой.

С зелё­ной функ­ци­ей всё то же самое — в стек зано­сит­ся точ­ка воз­вра­та, и про­грам­ма начи­на­ет выпол­нять зелё­ную функ­цию. Но внут­ри неё мы вызы­ва­ем крас­ную, и вот что происходит:

При вызо­ве крас­ной функ­ции в стек поме­ща­ет­ся новый эле­мент с инфор­ма­ци­ей о дан­ных, точ­ке воз­вра­та и ука­за­ни­ем на сле­ду­ю­щий эле­мент. Это зна­чит, что когда крас­ная функ­ция закон­чит рабо­ту, то ком­пью­тер возь­мёт из сте­ка адрес воз­вра­та и вер­нёт управ­ле­ние сно­ва зелё­ной функ­ции, а крас­ный эле­мент исчез­нет. Когда и зелё­ная закон­чит рабо­ту, то ком­пью­тер из сте­ка возь­мёт новый адрес воз­вра­та и про­дол­жит рабо­ту со ста­ро­го места.

Переполнение стека

Почти все­гда стек вызо­вов хра­нит­ся в опе­ра­тив­ной памя­ти и име­ет опре­де­лён­ный раз­мер. Если у вас будет мно­го вло­жен­ных вызо­вов или рекур­сия с очень боль­шой глу­би­ной вло­жен­но­сти, то может слу­чить­ся такая ситуация:

  • рекур­сия всё рабо­та­ет и работает;
  • при каж­дом новом вит­ке рекур­сии в стек добав­ля­ют­ся новый элемент;
  • когда эле­мен­тов будет слиш­ком мно­го, память закон­чит­ся, новые эле­мен­ты неку­да будет скла­ды­вать и про­изой­дёт пере­пол­не­ние стека.

Пере­пол­не­ние — это пло­хо: дан­ные могут зале­зать в чужую область памя­ти и запи­сы­вать себя вме­сто преж­них дан­ных. Это может при­ве­сти к сбою в рабо­те дру­гих про­грамм или само­го ком­пью­те­ра. Ещё таким обра­зом мож­но внед­рить в опе­ра­тив­ную память вре­до­нос­ный код: если про­грам­ма пло­хо рабо­та­ет со сте­ком, мож­но спе­ци­аль­но вызвать пере­пол­не­ние и запи­сать в память что-нибудь вредоносное.

Стек данных

Стек дан­ных очень похож на стек вызо­вов: по сути, это одна боль­шая пере­мен­ная, похо­жая на спи­сок или мас­сив. Его чаще все­го исполь­зу­ют для рабо­ты с дру­ги­ми слож­ны­ми типа­ми дан­ных: напри­мер, быст­ро­го обхо­да дере­вьев, поис­ка всех воз­мож­ных марш­ру­тов по гра­фу, — и для ана­ли­за раз­ветв­лён­ных одно­тип­ных данных.

Стек дан­ных рабо­та­ет по тако­му же прин­ци­пу, как и стек вызо­вов — эле­мент, кото­рый доба­ви­ли послед­ним, дол­жен исполь­зо­вать­ся первым.

Что дальше

А даль­ше пого­во­рим про тип дан­ных под назва­ни­ем «куча». Да, такой есть, и с ним тоже мож­но эффек­тив­но рабо­тать. Стей тюнед.

Текст и иллю­стра­ции:
Миша Поля­нин

Редак­тор:
Мак­сим Ильяхов

Кор­рек­тор:
Ира Михе­е­ва

Иллю­стра­тор:
Даня Бер­ков­ский

Вёрст­ка:
Маша Дро­но­ва

Достав­ка:
Олег Веш­кур­цев

Применяемый стек технологий | Rainbowsoft

Что такое стек технологий и почему это важно?

Стек (англ. stack – стопка) технологий — это набор инструментов, применяющийся при работе в проектах и включающий языки программирования, фрэймворки, системы управления базами данных, компиляторы и т. д.

От выбранного разработчиком стека технологий зависят производительность работы, требования к аппаратным ресурсам, надежность работы программного обеспечения (ПО). В итоге для сложных процессов и высоконагруженных систем им определяется насколько финансово доступно будет развернуть систему и эксплуатировать ее, а также насколько она будет соответствовать требованиям, предъявляемым заказчиком. 

 

При разработке ПО наша компания использует такие языки программирования как Go (Golang), PHP, PowerScript, C/C++, JavaScript, Python. В новых проектах PHP, PowerScript, C/C++ не используются, основным языком программирования является Go. Go — компилируемый многопоточный язык программирования, разработанный компанией Google. Go имеет обширную стандартную библиотеку и большое количество пакетов разработанных golang-сообществом. Он отлично подходит для создания высоконагруженных backend приложений. Мы используем GO с MVC фреймворком revel. На стороне frontend мы используем кроссбраузерный js-фреймворк Webix, который позволяет быстро создавать мобильные и настольные веб-приложения. Также во frontend используется JQuery, нативные html и js. Наши приложения используют такие СУБД как PostgreSQL, Oracle, MySQL и SQLite. Внутренние процессы автоматизируются скриптами на Python и Perl. Для создания инсталляторов под Windows используем InnoSetup. Приложения, разработанные нашей компанией создаются с поддержкой Windows и Linux.

 

Преимущества выбранного стека технологий заключаются в высокой надежности, в разы, а иногда и на порядки более высокой производительности и меньших требованиях к ресурсам, чем у других популярных представителей, таких как Java, Ruby и т. д. Также важным фактором является открытость исходного кода самих компиляторов языка, что особенно актуально для проектов с госзаказчиками.

Проектные группы работают с системой контроля версий Git в связке с Gerrit. Для учета задач используется система учета задач и проектов RedMine. Разработка ПО ведется в соответствии с методологией SCRUM. 

 

А теперь давайте подробнее рассмотрим что именно, как и почему мы используем.

Эрнесту Резерфорду, «отцу» ядерной физики, приписывается высказывание — «Если учёный не может объяснить уборщице, которая убирается у него в лаборатории, смысл своей работы, то он сам не понимает, что он делает.». Следуя этому утверждению, мы постараемся рассказать, чем занимается отдел разработки в RBS таким образом, чтобы рассказ был достаточно точным технически, но в то же время понятен даже далеким от разработки программного обеспечения людям. Надеемся, что после прочтения статьи ни у кого, а особенно у кандидатов на должность инженера-разработчика, не останется вопросов «чем вы занимаетесь», «какие инструменты применяете» и «почему именно их».

 

Итак, без лишних слов: отдел разработки ПО трудится пять дней в неделю на пользу общества, в самом широком смысле, работая над улучшением безопасности дорожного движения и развитием системы образования. Для решения этих, безусловно, важных задач, наша компания создает специализированные программы, которые помогают сотрудникам многих коммерческих организаций и государственных учреждений обеспечивать соблюдение жизненно важных правил всеми участниками дорожного движения.

 

Эти программы представляют собой информационные системы с удобным для пользователя графическим интерфейсом, базами данных для хранения информации, и серверами, которые обрабатывают, вычисляют, сохраняют и анализируют данные. В общем-то, они делают то же самое, что и рядовые сотрудники различных компаний, ГИБДД, МРЭО, Гостехнадзора и Автошкол, только автоматически, быстро и точно.  

 

Каждой задаче требуется свой инструмент, и когда перед нами встала задача автоматизации бизнес-процессов вышеупомянутых организаций, мы выбрали инструментарий, обычно используемый при разработке web-приложений. Это клиент-серверные технологии, когда часть программы выполняется на централизованном сервере, а часть — на компьютере пользователя. Такая архитектура позволяет очень четко отделить пользовательский интерфейс от сложных вычислительных процессов над данными. Обычно данные обрабатываются и хранятся на сервере, это называется «backend», а выводятся у пользователя, на «клиенте», и это называется «frontend». Это очень похоже на работу типичного сайта — пользователь читает новости в своем браузере, не задумываясь, каким образом эти новости были получены, а получены они были от сервера, где хранились в базе данных, и были извлечены из нее серверным приложением («backend’ом»). Как и у сайта из примера, у нас применяются базы данных для хранения огромных массивов информации, и именно им будет посвящен следующий абзац.  

 

Одна из задач, которую мы решаем, это обработка данных о нарушениях правил ПДД, поступающих с огромного количества камер фотовидеофиксации, со всего города. Это очень большой объем данных, и мало эти данные обработать, их необходимо где-то хранить. Для хранения мы применяем системы управления базами данных, такие как PostgreSQL, Oracle. Причем, все новые проекты, как правило, разрабатываются с использованием именно PostgreSQL, так как, во-первых, она достаточно функциональна для работы с большим объемом данных, а, во-вторых, не ограничивается коммерческими лицензиями, и это дает уверенность в свободе этой системы от политических или деловых решений владельцев СУБД. В ранних проектах компании RBS для работы с данными применялась СУБД Oracle, и это означает, что разработчик должен уметь работать с ней, чтобы мы могли поддерживать всех наших клиентов. О необходимости владения языком запросов SQL говорить молодому разработчику нет смысла, это должно быть очевидно.

 

Для того, чтобы данные, задействованные в некотором бизнес-процессе, сохранить в базу данных после предварительной обработки и некоторых вычислений, необходимо серверное приложение, которое должно отвечать перечисленным далее требованиям. Во-первых, оно должно быть очень быстрым. Во-вторых, оно должно поддерживать параллельную обработку данных, ведь их так много. В-третьих, оно должно быть надежным. И, наконец, оно должно быть достаточно простым, чтобы множество разработчиков разного уровня компетенции и опыта, смогли работать над новым функционалом. В поисках языка программирования, соответствующего этим требованиям, мы нашли Golang. Это многопоточный (параллельность обработки данных), компилируемый (скорость и надежность) язык программирования общего назначения (подходит для разных задач), разработанный в недрах компании Google, и свободно распространяемый среди разработчиков, в том числе для коммерческого использования. У этого языка достаточно низкий порог вхождения, чтобы даже junior-программисты, после краткой практики, смогли полноценно работать над созданием серверных приложений.

 

Ранее в статье мы рассказали, что наши информационные системы — это клиент-серверные web-приложения, и раз мы уже разобрали базы данных и серверы, значит пришло время клиентской части приложения — frontend. Frontend, он же «клиентское приложение», это та часть программы, которая работает на стороне пользователя, и, как правило, отвечает за отрисовку графического интерфейса, ввод данных в формы, а также за взаимодействие с сервером (по протоколу HTTP, асинхронно, если кому-либо интересно). В этой области де-факто стандартом является связка JavaScript + HTML + CSS. Первый — это язык программирования, выполняемый прямо в браузере — он отвечает за всю логику клиентского приложения и отправку данных на сервер или обработку данных с сервера. Два последних — это типичные для сайтостроения средства верстки графического интерфейса. Стажеру, едва только устроившемуся в наш отдел разработки, следует особое внимание уделить именно этим технологиям — с них начнется его путь к должности старшего разработчика. И пусть он не обманывается низким порогом вхождения в JavaScript – он легок в самом начале, и значительно усложняется пропорционально увеличению опыта, когда стажер переходит от простеньких скриптов, и приступает к разработке клиентского приложения для большой информационной системы.

 

Каждый программист может подтвердить, что разработчики — «ленивые» люди. Они всеми силами стараются избежать выполнения одной и той же работы, автоматизируя ее и используя уже готовые решения, образно говоря, «не изобретая велосипед». Это в том числе означает, что, начиная разработку новой информационной системы, мы ищем библиотеки и фреймворки, которые решают типовые задачи, возникающие в процессе создания клиент-серверных программ. Например, для создания HTTP-сервера, и в качестве каркаса серверного приложения с RESTful интерфейсом, мы используем MVC фреймворк Revel, написанный на Golang, а для создания графического интерфейса — виджетный фреймворк Webix, написанный на JavaScript. Список можно продолжить библиотеками JQuery, JQueryUI, Angular, Bootstrap, Yii (это для поддержки ранних проектов на PHP), и многими другими.

 

А еще, отчасти из-за нежелания заниматься рутинными задачами, но главное, для создания надежных программ, мы применяем средства автоматизированного тестирования приложений, то есть юнит-тесты и функциональные тесты. Кроме того, каждая строчка кода, написанная разработчиками, проверяется более опытными товарищами с помощью системы контроля версий Git и системой review Gerrit. 

 

Кстати, раз уж пошла речь о надежности программ и проверке результатов, стоит упомянуть о том, как проектируется и разрабатывается приложение. Обычно некий старший разработчик, тимлид или архитектор, после постановки задачи от системного аналитика, описывает будущую программу на понятном специалистам техническом языке — в виде моделей и диаграмм. Мы применяем реляционные модели баз данных, диаграммы в нотации UML и модели процессов в нотации BPMN. После этого задача разработки программы дробится на небольшие подзадачи, которые назначаются исполнителям. Для каждой функциональной возможности сначала создается автоматизированный тест, а уже после программный код, который должен «пройти» этот тест. Это называется «разработка через тестирование», а в англоязычной литературе «TDD». Такой подход кажется странным, но его легко понять с помощью аналогии: представьте, что вы создаете новый автомобиль. У автомобиля есть определенные требования по безопасности, и зная их, вы с самого начала строите тестовую площадку для краш-тестов в соответствие с этими требованиями, и будете проводить на ней испытания для каждой новой версии автомобиля, пока не убедитесь, что он готов к массовой продаже. Так и мы, зная требования клиентов, строим полигоны для «краш-тестов» функционала, и пишем код до тех пор, пока он не будет соответствовать этим требованиям. И уже убедившись, что программа готова к выпуску «в свет», мы передаем ее в отдел тестирования, который проверяет программу «глазами пользователя».

 

 

Рассказав о применяемых в отделе разработки технологиях и подходах, мы надеемся, что ответили на вопросы, поставленные в начале статьи, и в заключение кратко перечислим, что должен уметь разработчик, чтобы работать программистом в нашей компании:

  1. Работать с базами данных, владея SQL, и имея знания о специфике PostgreSQL и Oracle.
  2. Создавать высоконагруженные серверные MVC-приложения на языке Golang, используя в качестве каркаса фреймворк Revel.
  3. Создавать клиентские приложения, с помощью JavaScript. Здесь же верстка графического интерфейса на HTML и CSS, применяя фреймворк Webix и другие необходимые библиотеки.
  4. Проектировать программное обеспечение, описывая будущее приложение на UML и BPMN, применяя аналитику, системный подход и воображение.
  5. Создавать автоматические тесты.
  6. Работать в команде, обмениваясь кодом через систему контроля версий, и применяя коммуникативные навыки.
  7. Составлять техническую и пользовательскую документацию.
  8. Трудолюбиво и ответственно работать на благо общества. 

Если вы начинающий программист, и хотите устроиться в качестве разработчика в нашу компанию, но не обладаете всеми перечисленными навыками — не беда, мы вас всему научим в процессе. Главное иметь сильное желание научиться и достаточное упорство. Ну, и по-мелочи — базовые навыки программирования и знание по крайней мере одного языка программирования будут не лишними, конечно. Так что можете смело приходить на регулярно проводимые собеседования, но предварительно подготовившись, конечно, чтобы выделяться на фоне других кандидатов.

 

Удачи вам, и спасибо за внимание!!!

Соответствует фразе: применяемые технологии разработки

Основные принципы программирования: стек и куча

Рассказывает Аарон Краус 

Мы используем всё более продвинутые языки программирования, которые позволяют нам писать меньше кода и получать отличные результаты. За это приходится платить. Поскольку мы всё реже занимаемся низкоуровневыми вещами, нормальным становится то, что многие из нас не вполне понимают, что такое стек и куча, как на самом деле происходит компиляция, в чём разница между статической и динамической типизацией, и т.д. Я не говорю, что все программисты не знают об этих понятиях — я лишь считаю, что порой стоит возвращаться к таким олдскульным вещам. 

Сегодня мы поговорим лишь об одной теме: стек и куча. И стек, и куча относятся к различным местоположениям, где происходит управление памятью, но стратегия этого управления кардинально отличается.

Стек

Стек — это область оперативной памяти, которая создаётся для каждого потока. Он работает в порядке LIFO (Last In, First Out),  то есть последний добавленный в стек кусок памяти будет первым в очереди на вывод из стека. Каждый раз, когда функция объявляет новую переменную, она добавляется в стек, а когда эта переменная пропадает из области видимости (например, когда функция заканчивается), она автоматически удаляется из стека. Когда стековая переменная освобождается, эта область памяти становится доступной для других стековых переменных.

Из-за такой природы стека управление памятью оказывается весьма логичным и простым для выполнения на ЦП; это приводит к высокой скорости, в особенности потому, что время цикла обновления байта стека очень мало, т.е. этот байт скорее всего привязан к кэшу процессора. Тем не менее, у такой строгой формы управления есть и недостатки. Размер стека — это фиксированная величина, и превышение лимита выделенной на стеке памяти приведёт к переполнению стека. Размер задаётся при создании потока, и у каждой переменной есть максимальный размер, зависящий от типа данных. Это позволяет ограничивать размер некоторых переменных (например, целочисленных), и вынуждает заранее объявлять размер более сложных типов данных (например, массивов), поскольку стек не позволит им изменить его. Кроме того, переменные, расположенные на стеке, всегда являются локальными.

В итоге стек позволяет управлять памятью наиболее эффективным образом — но если вам нужно использовать динамические структуры данных или глобальные переменные, то стоит обратить внимание на кучу.

Куча

Куча — это хранилище памяти, также расположенное в ОЗУ, которое допускает динамическое выделение памяти и не работает по принципу стека: это просто склад для ваших переменных. Когда вы выделяете в куче участок памяти для хранения переменной, к ней можно обратиться не только в потоке, но и во всем приложении. Именно так определяются глобальные переменные. По завершении приложения все выделенные участки памяти освобождаются. Размер кучи задаётся при запуске приложения, но, в отличие от стека, он ограничен лишь физически, и это позволяет создавать динамические переменные.

Вы взаимодействуете с кучей посредством ссылок, обычно называемых указателями — это переменные, чьи значения являются адресами других переменных. Создавая указатель, вы указываете на местоположение памяти в куче, что задаёт начальное значение переменной и говорит программе, где получить доступ к этому значению. Из-за динамической природы кучи ЦП не принимает участия в контроле над ней; в языках без сборщика мусора (C, C++) разработчику нужно вручную освобождать участки памяти, которые больше не нужны. Если этого не делать, могут возникнуть утечки и фрагментация памяти, что существенно замедлит работу кучи.

В сравнении со стеком, куча работает медленнее, поскольку переменные разбросаны по памяти, а не сидят на верхушке стека. Некорректное управление памятью в куче приводит к замедлению её работы; тем не менее, это не уменьшает её важности — если вам нужно работать с динамическими или глобальными переменными, пользуйтесь кучей.

Заключение

Вот вы и познакомились с понятиями стека и кучи. Вкратце, стек — это очень быстрое хранилище памяти, работающее по принципу LIFO и управляемое процессором. Но эти преимущества приводят к ограниченному размеру стека и специальному способу получения значений. Для того, чтобы избежать этих ограничений, можно пользоваться кучей — она позволяет создавать динамические и глобальные переменные — но управлять памятью должен либо сборщик мусора, либо сам программист, да и работает куча медленнее.

Перевод статьи «Programming Concepts: The Stack and the Heap»

Стек — JS: Массивы

JS: Массивы

Тема алгоритмов не существует сама по себе. Важно не только уметь составлять правильный алгоритм решения, но не менее важно использовать для работы с данными правильную структуру.

Структура данных — это конкретный способ хранения и организации данных. В зависимости от решаемых задач, удобным оказывается либо один способ организации данных, либо другой. Как минимум, одну структуру данных вы уже знаете достаточно хорошо — это массив. С точки зрения организации, массив представляет собой совокупность элементов, к которым имеется индексированный доступ (доступ по индексу), а вот с точки зрения физического хранения в памяти — всё сложнее. Массивы бывают разные и внутри языка реализуются тоже по-разному.

Кроме массивов существует множество других структур данных, таких как списки, хеш-таблицы, деревья, графы, стек, очередь и другие. Использование структуры данных, подходящей под решаемую задачу, позволяет кардинально упростить код, устраняя запутанную логику.

Некоторые из перечисленных структур данных мы рассмотрим в процессе прохождения курсов и проектов, другие вам нужно будет подтянуть самостоятельно из книг. В любом случае алгоритмы и структуры данных (без фанатизма) составляют базу, на которую нанизывается всё остальное в разработке.

Стоит разделять три понятия:

  • Структура данных
  • Конкретный тип данных (или просто «тип данных»)
  • Абстрактный тип данных (АТД)

Со структурой данных всё понятно, выше было определение. С типом данных тоже все просто. Например, массив в JavaScript — это тип данных. Понятие «тип данных» всегда привязано к конкретному языку и может быть абсолютно чем угодно в зависимости от предпочтений разработчиков языка. Другими словами, если бы разработчики JavaScript решили, что числа надо назвать типом данных Array, то никто бы им этого не запретил, несмотря на абсурдность такого имени для чисел.

А вот абстрактные типы данных — теоретическое понятие. АТД целиком и полностью определяется набором операций, которые можно выполнять над ним. АТД абстрактный потому, что он ничего не говорит о способе хранения и существует лишь на бумаге и в головах. А вот уже в конкретных языках существуют конкретные типы, реализующие АТД.

АТД нередко путают с понятием «структура данных», более того, часто, структуры данных и АТД имеют одно и то же название.

В этом уроке мы разберем один из самых простых и важных абстрактных типов данных – стек (stack, переводится как стопка).

Стек

Стек — упорядоченная коллекция элементов, в которой добавление новых и удаление старых элементов всегда происходит с одного конца коллекции. Обычно его называют вершиной стека.

У стека есть аналоги из реальной жизни. Например магазин автомата. Патроны добавляются в магазин только друг за другом. Извлекаются тоже, только в обратном порядке. Последний вставленный патрон выйдет из магазина первым.

Практически любая стопка может рассматриваться как стек. Если не применять грубую физическую силу, то со стопками мы работаем двумя способами. Либо кладём новый элемент (например, книгу) на верхушку стопки, либо снимаем элемент с верхушки. Поэтому стек ещё называют «Last In First Out» (LIFO), то есть «последним зашёл, первый вышел».

Перед тем, как разбирать конкретную задачу, посмотрим на роль, которую играет стек в программировании. Вспомните, как исполняется любая программа. Одни функции вызывают другие, которые, в свою очередь, вызывают третьи, и так далее. После того, как выполнение заходит в самую глубокую функцию, та возвращает значение, и начинается обратный процесс. Сначала идёт выход из наиболее глубоких функций, затем из тех, что уровнем выше, и так далее до тех пор, пока не дойдёт до самой внешней функции. Вызов функций — не что иное, как добавление элемента в стек, а возврат – извлечение из стека. Именно так всё устроено на аппаратном уровне. К тому же, если в процессе выполнения программы происходит ошибка, то её вывод часто называют Stack Trace (трассировка стека).

Другой пример, связанный с программированием — кнопка «назад» в браузере. История посещений представляет собой стек, каждый новый переход по ссылке добавляет её в историю, а кнопка «назад» извлекает из стека последний элемент.

Работа со стеком включает в себя следующие операции:

  • Добавить в стек (push)
  • Взять из стека (pop)
  • Вернуть элемент с вершины стека без удаления (peekBack)
  • Проверить на пустоту (isEmpty)
  • Вернуть размер (size)

что это такое и как использовать?

С каждым годом мы применяем для программирования всё более продвинутые языки, позволяющие писать меньше кода, но получать нужные нам результаты. Однако всё это не проходит даром для разработчиков. Так как программисты всё реже занимаются низкоуровневыми вещами, уже никого не удивляет ситуация, когда разработчик не вполне понимает, что означают такие понятия, как куча и стек. Что это такое, как происходит компиляция на самом деле, в чём разница между динамической и статической типизацией…

К сожалению, некоторые программисты, даже будучи «джуниорами» и работая на реальных проектах, не совсем чётко ориентируются в таких, казалось бы, олдскульных вещах. Именно поэтому в нашей сегодняшней статье мы вспомним, что же это такое — стек и куча, для чего они нужны и где применяются. Несмотря на то, что и стек, и куча связаны с управлением памятью, стратегия и принципы управления кардинально различаются.

Стек — что это такое?

Большое число задач, связанных с обработкой информации, поддаются типизированному решению. В результате совсем неудивительно, что многие из них решаются с помощью специально придуманных методов, терминов и описаний. Среди них нередко можно услышать и такое слово, как стек (стэк). Хоть и звучит этот термин, на первый взгляд, странно и даже сложно, всё намного проще, чем кажется.

Итак, стек — это метод представления однотипных данных в порядке LIFO (Last In — First Out, то бишь, «первый вошел — последний вышел»). Некоторые ассоциируют стек с оружейным магазином для патронов, так как принцип работы схож, и первый вставленный в магазин патрон будет использоваться в последнюю очередь (у термина стек бывают и другие значения, поэтому, если речь идёт не об информационных технологиях, то смысл лучше уточнить).

Стек и простой жизненный пример

Представьте, что на столе в коробке лежит стопка бумажных листов. Чтобы получить доступ к самому нижнему листу, вам нужно достать самый первый лист, потом второй и так далее, пока не доберётесь до последнего. По схожему принципу и устроен стек: чтобы последний элемент стека стал верхним, нужно сначала вытащить все остальные.

Стек и особенности его работы

Перейдя к компьютерной терминологии, скажем, что стек — это область оперативной памяти, создаваемая для каждого потока. И последний добавленный в стек кусочек памяти и будет первым в очереди, то есть первым на вывод из стека. И каждый раз, когда функцией объявляется переменная, она, прежде всего, добавляется в стек. А когда данная переменная пропадает из нашей области видимости (к примеру, функция заканчивается), эта самая переменная автоматически удаляется из стека. При этом если стековая переменная освобождается, то и область памяти, в свою очередь, становится доступной и свободной для других стековых переменных.

Благодаря природе, которую имеет стек, управление памятью становится весьма простым и логичным для выполнения на центральном процессоре. Это повышает скорость и быстродействие ЦП, и в особенности такое происходит потому, что время цикла обновления байта весьма незначительно (данный байт, скорее всего, привязан к кэшу центрального процессора).

Тем не менее у данной довольно строгой формы управления имеются и свои недостатки. Например, размер стека — это величина фиксированная, в результате чего при превышении лимита памяти, выделенной на стеке, произойдёт переполнение стека. Как правило, размер задаётся во время создания потока, плюс у каждой переменной имеется максимальный размер, который зависит от типа данных. Всё это позволяет ограничивать размеры некоторых переменных (допустим, целочисленных).

Кроме того, это вынуждает объявлять размер более сложных типов данных (к примеру, массивов) заранее, так как стек не позволит потом изменить его. Вдобавок ко всему, переменные, которые расположены на стеке, являются всегда локальными.

Для чего нужен стек?

Главное предназначение стека — решение типовых задач, предусматривающих поддержку последовательности состояний или связанных с инверсионным представлением данных. В компьютерной отрасли стек применяется в аппаратных устройствах (например, в центральном процессоре, как уже было упомянуто выше).

Практически каждый, кто занимался программированием, знает, что без стека невозможна рекурсия, так как при любом повторном входе в функцию требуется сохранение текущего состояния на вершине, причём при каждом выходе из функции, нужно быстро восстанавливать это состояние (как раз наша последовательность LIFO).

Если же копнуть глубже, то можно сказать, что, по сути, весь подход к запуску и выполнению приложений устроен на принципах стека. Не секрет, что прежде чем каждая следующая программа, запущенная из основной, будет выполняться, состояние предыдущей занесётся в стек, чтобы, когда следующая запущенная подпрограмма закончит выполняться, предыдущее приложение продолжило работу с места остановки.

Стеки и операции стека

Если говорить об основных операциях, то стек имеет таковых две:
1. Push — ни что иное, как добавление элемента непосредственно в вершину стека.
2. Pop — извлечение из стека верхнего элемента.

Также, используя стек, иногда выполняют чтение верхнего элемента, не выполняя его извлечение. Для этого предназначена операция peek.

Как организуется стек?

Когда программисты организуют или реализуют стек, они применяют два варианта:
1. Используя массив и переменную, указывающую на ячейку вершины стека.
2. Используя связанные списки.

У этих двух вариантов реализации стека есть и плюсы, и минусы. К примеру, связанные списки считаются более безопасными в плане применения, ведь каждый добавляемый элемент располагается в динамически созданной структуре (раз нет проблем с числом элементов, значит, отсутствуют дырки в безопасности, позволяющие свободно перемещаться в памяти программного приложения). Однако с точки зрения хранения и скорости применения связанные списки не столь эффективны, так как, во-первых, требуют дополнительного места для хранения указателей, во-вторых, разбросаны в памяти и не расположены друг за другом, если сравнивать с массивами.

Подытожим: стек позволяет управлять памятью более эффективно. Однако помните, что если вам потребуется использовать глобальные переменные либо динамические структуры данных, то лучше обратить своё внимание на кучу.

Стек и куча

Куча — хранилище памяти, расположенное в ОЗУ. Оно допускает динамическое выделение памяти и работает не так, как стек. По сути, речь идёт о простом складе для ваших переменных. Когда вы выделяете здесь участок памяти для хранения, к ней можно обращаться как в потоке, так и во всём приложении в целом (именно так и определяются переменные глобального типа). По завершении работы приложения все выделенные участки освобождаются.

Размер кучи задаётся во время запуска приложения, однако, в отличие от того, как работает стек, в куче размер ограничен только физически, что позволяет создавать переменные динамического типа.

Если сравнивать, опять же, с тем, как работает стек, то куча функционирует медленнее, т. к. переменные разбросаны по памяти, а не находятся вверху стека. Тем не менее данный факт не уменьшает важности кучи, и если вам надо работать с глобальными либо динамическими переменными, она больше подходит. Однако управлять памятью тогда должен программист либо сборщик мусора.

Итак, теперь вы знаете и что такое стек, и что такое куча. Это довольно простые знания, больше подходящие для новичков. Если же вас интересуют более серьёзные профессиональные навыки, выбирайте нужный вам курс по программированию в OTUS!

что такое стек и очереди в программировании?

что такое стек и очереди в программировании, например java, javascript, php и т. д.

memory

stack

Поделиться

Источник


Abdul Raziq    

19 февраля 2013 в 08:24

2 ответа

  • Что такое «стек трэш»?

    Что такое стек трэш? Или стек трэш? (Поскольку я не знаю определения, я не уверен, является ли это счетным или несчетным термином.)

  • Перемещение значения из очереди в стек

    Если я хочу переместить значение из очереди в стек (значение больше не должно быть в очереди, только в стеке), нужно ли мне удалить его из очереди перед тем, как поместить в стек, или при перемещении его в стек оно будет автоматически удалено из очереди?


3

Стек — это структура данных LastInFirstOut.

Очередь — это структура данных FirstInFirstOut.

Поделиться


Alex    

19 февраля 2013 в 08:38


0

Если вам нужно FIFO поведение коллекции объектов, используйте QUEUE, тогда как для LIFO поведение используйте STACK

Поделиться


D.S    

19 февраля 2013 в 08:27

Похожие вопросы:

Что такое двойной стек?

Сейчас я готовлюсь к выпускному экзамену и вижу следующий вопрос в конце слайдов ppt профессора, которые говорят о стеке: What is a Double Stack? Я знаю, что стек — это упорядоченная коллекция…

Что такое «виртуальный стек выполнения»?

Я читаю о CIL и постоянно вижу ссылку на virtual execution stack (например, при создании локальных переменных и присвоении им значений). Но я не совсем понимаю, что такое виртуальный стек…

Что такое очереди в jQuery?

Я обнаружил, что документ jQuery.com на queue() / dequeue() слишком прост для понимания. Что такое очереди в jQuery? Как я должен их использовать?

Что такое «стек трэш»?

Что такое стек трэш? Или стек трэш? (Поскольку я не знаю определения, я не уверен, является ли это счетным или несчетным термином.)

Перемещение значения из очереди в стек

Если я хочу переместить значение из очереди в стек (значение больше не должно быть в очереди, только в стеке), нужно ли мне удалить его из очереди перед тем, как поместить в стек, или при…

Что такое тупик в программировании?

Что такое тупик в объектно-ориентированном программировании ? Я знал тупик в транзакциях систем баз данных. Но в программировании я ничего не понимаю. Я хочу знать, когда возникает тупик и как его…

Что такое сообщения в актерском программировании?

Этот вопрос описывает, что такое актеры в программировании актеров. Что такое сообщения? Как можно избежать общего состояния, если вы отправляете объект в сообщении (предполагая, что объекты…

Стек-что это такое?

Я изучаю создание масштабируемых приложений с горизонтальным масштабированием. Термин stack часто встречается в терминах обычный стек , технологический стек , балансировщик нагрузки является…

Что такое стек операндов?

Я читаю об архитектуре JVM. Сегодня я прочитал о концепции стека операндов. Согласно статье: Стек операндов используется при выполнении инструкций байтового кода аналогично тому, как регистры общего…

Что такое подписка в реактивном программировании

Я пытаюсь научиться реактивному программированию, и меня очень смущает слово подписка. Что такое подписка в реактивном программировании? Я знаю, что подписчик будет создан, когда я подпишусь на…

Futureinapps — Блог

facebookinstagramtwitterlogo-biglogo-smallРУС/ENGГлавнаяПодкастУслугиПроектыБлогО насКонтактыЗаказать

Блог

searchplayCreated with SketchСмотреть#DIGITALРАЗБОР: Выпуск 1. Базовый анализ и разбор Instagram аккаунтов трех разных ресторанов РоссииОсновная цель создания этого контента — объяснить доступным языком рядовым предпринимателям и начинающих digital специалистам, как правильно использовать те или иные инструменты digital сферы #digitalразборЧитатьВсе дело в ссылках! В чем отличие внутренней, внешней и обратной ссылок?Именно благодаря ссылкам интернет такой, какой он есть. Они и есть те самые дороги и мосты ко всему контенту, который мы знаем и любим. Но на самом деле ссылки имеют множество видов и типов, и между ними конечно же есть существенная разница… #seo продвижениеЧитатьUX-дизайн. Как создать дизайн, ориентированный на человека?Дизайн, ориентированный на человека — это совсем не тренд, а реальная необходимость современного мира… #ux дизайнЧитатьКак повысить производительность бизнеса в 2020 году?На протяжении последних лет мир развивается с пугающей скоростью. С помощью технологий теперь стало возможно объединяться в команды и при этом находиться друг от друга на расстоянии свыше десяти тысяч километров… #полезное бизнесуЧитатьМаркетинговая воронка и Воронка продаж. Как работают и чем отличаются?Обе воронки должны работать вместе, чтобы собрать как можно больше потенциальных клиентов (маркетинговая воронка), вести и выращивать своих потенциальных клиентов (обе воронки), и затем превратить их в клиентов (воронка продаж). Но на этом работа… #интернет-маркетинг#digital-маркетингЧитать14 лучших SEO-плагинов для WordPress в 2020 году
Вы потратили много времени для того, чтобы создать безупречный на ваш взгляд сайт, долго работали над контентом и наконец запустили его. А теперь сидите и ждете: «у меня получился такой хороший сайт, наверняка будет много посетителей и клиентов»… #seo оптимизация#wordpress#seo продвижениеЧитать25 составляющих контента, влияющих на разум и эмоцииИсследования показали, что разум и эмоции играют определенную роль в принятии решений. Разум влияет на мотивацию и поведение, вызывая чувства, которые как раз и движут мотивацией и поведением. Вот пример. Допустим, вы собираетесь съесть… #интернет-маркетингЧитатьКак IT-компаниям восстановиться после COVID-19?Затянувшаяся пандемия коронавируса и изоляция, связанная с ней, уже нанесли серьезный урон мировой экономике. Крупнейшие предприятия разоряются, сокращают штат сотрудников и урезают заработную плату #коронавирусЧитать8 способов создания лендинга с высокой конверсиейКаждый хочет иметь красивый и продающий лендинг. Так почему же некоторые лендинги не дают конверсий? Пришло время выяснить и устранить ошибки #сайты для бизнесаЧитать9 способов развить e-commerce стратегию во время COVID-19Люди еще долго будут помнить, как бизнес пытался выжить во время вспышки коронавируса. Поэтому именно сейчас, в этот непростой период, вам стоит пересмотреть свою маркетинговую стратегию, ориентированную на клиента… #e-commerceЧитатьНеcтандартные способы генерации лидов с помощью социальных сетейСоциальные сети, если вы их еще не используете, — это и есть, так называемая, золотая жила для повышения ваших лидов. Присутствие в популярных соцсетях, таких как Instagram или Twitter, — это только первый шаг #smmЧитать4 способа использовать TikTok для бизнесаTikTok – это новейшая тенденция в социальных сетях: более 1,5 миллиардов загрузок в App Store и Google Play и более 500 миллионов активных пользователей ежемесячно #smm#tiktokЧитатьКакое будущее ждет разработку мобильных приложений?Время летит. Тренды приходят, тренды уходят. Приходят новые технологии. И, вероятно, что-то из этого станет нормой, а что-то – устареет. Но разработка мобильных приложений… #создание мобильных приложений#разработка мобильных приложенийЧитатьКак сегментировать свою целевую аудиторию? 11 свежих идейДавайте разберемся на какие сегменты можно поделить целевую аудиторию. Но прежде всего нужно понять зачем вообще нам нужна эта сегментация… #интернет-маркетингЧитать25 фишек для привлечения аудитории с помощью рекламыКак компания может привлечь потенциальных клиентов, если холодные звонки и email-рассылка уже не действуют? Перед вами подборка 25 актуальных фишек для привлечения аудитории с помощью рекламы #интернет-маркетингСтраница 1 из 26right2021 © Futureinapps. Все права защищеныСтек

— Вики по информатике

из Вики по информатике

Перейти к навигации
Перейти к поиску

В информатике стек — это абстрактный тип данных, который служит набором элементов с двумя основными операциями: push, который добавляет элемент в коллекцию, и pop, который удаляет последний добавленный элемент, который еще не был удален. . Порядок, в котором элементы отделяются от стека, дает начало его альтернативному имени: LIFO (последний пришел, первый вышел) .Кроме того, операция просмотра может предоставить доступ к вершине без изменения стека.

Название «стек» для этого типа структуры происходит от аналогии с набором физических предметов, уложенных друг на друга, что позволяет легко снимать элемент с вершины стека, при этом переходя к элементу глубже. в стеке может потребоваться снятие нескольких других элементов сначала [2] .

[3]

Методы доступа к стеку [править]

практических приложений стека [править]

Мы можем видеть поведение стека с функциями повтора и отмены во многих местах, таких как редакторы, фотошоп, а также функция перемотки вперед и назад в веб-браузерах.

Учебное задание на питоне [править]

Используя структуру данных списка Python, реализуйте 3 функции стека: push, pop и isEmpty.Мы предполагаем, что знаем имя стека.

 myStack = []

def push (элемент):

    # делай что-нибудь здесь

    возвращаться

def pop (элемент):

    # делай что-нибудь здесь

    возвращаться

def isEmpty (stackName):

    # эта функция должна возвращать логическое значение True или False
    возвращаться

В этом видео обсуждается язык программирования C, но его содержание понятно для описания стека.

Стандарты

[править]

  • Опишите характеристики и применение стека.
  • Создавайте алгоритмы, используя методы доступа стека.

См. Также [править]

Ссылки [править]

Определение стека

В вычислениях стек — это структура данных, используемая для хранения коллекции объектов. Отдельные элементы могут быть добавлены и сохранены в стеке с помощью операции выталкивания. Объекты можно получить с помощью операции выталкивания, которая удаляет элемент из стека.

Когда объект добавляется в стопку, он помещается поверх всех ранее введенных элементов.Когда элемент удаляется, его можно удалить сверху или снизу стопки. Стек, в котором элементы удаляются сверху, считается стеком «LIFO» (последний пришел, первый ушел). Вы можете представить стопку LIFO как колоду карт, в которой вы кладете отдельные карты в колоду, а затем берете карты сверху. В стеке «FIFO» («первым пришел — первым ушел») элементы удаляются снизу. Вы можете представить стопку FIFO в виде ряда в торговом автомате, где предметы выдаются в том порядке, в котором они были помещены в автомат.

Стеки имеют несколько применений в компьютерном программировании. Например, стеки LIFO можно использовать для извлечения из кеша недавно использованных объектов. Стеки FIFO могут использоваться для обеспечения извлечения данных в том порядке, в котором они были введены, что может использоваться для обработки данных в очереди.

Хотя стеки обычно используются программистами, вы обычно не замечаете их при использовании программы. Это связано с тем, что создание стеков, а также операции push и pop выполняются в фоновом режиме во время работы приложения и не видны пользователю.Однако, если стеку не хватает памяти, это вызовет «переполнение стека». Если программа не обрабатывает правильно, переполнение стека может вызвать сообщение об ошибке или вызвать сбой программы.

ПРИМЕЧАНИЕ: Термин «стек» может также относиться к стеку протоколов, который состоит из нескольких сетевых протоколов, работающих вместе. Каждый протокол делится на один из семи различных уровней, определенных в модели OSI.

Обновлено: 23 июля 2014 г.

TechTerms — Компьютерный словарь технических терминов

Эта страница содержит техническое определение слова «стек».Он объясняет в компьютерной терминологии, что означает стек, и является одним из многих технических терминов в словаре TechTerms.

Все определения на веб-сайте TechTerms составлены так, чтобы быть технически точными, но также простыми для понимания. Если вы найдете это определение стека полезным, вы можете ссылаться на него, используя ссылки для цитирования выше. Если вы считаете, что термин следует обновить или добавить в словарь TechTerms, отправьте электронное письмо в TechTerms!

Подпишитесь на рассылку TechTerms, чтобы получать избранные термины и тесты прямо в свой почтовый ящик.Вы можете получать электронную почту ежедневно или еженедельно.

Подписаться

Стек

— Chessprogramming wiki

Начало * Программирование * Данные * Стек

A Stack — это линейная структура данных для сбора элементов данных в порядке «последний пришел — первый ушел» (LIFO). Единственные элементарные операции: push и pop . Push добавляет один элемент вверху стека, а pop удаляет запись из вершины стека и возвращает этот элемент вызывающей стороне.Записи удаляются из стека в порядке, обратном их добавлению. На практике часто бывает и третья операция. Peek извлекает верхний элемент, не удаляя запись из стека.

Стек — это естественная структура, позволяющая запомнить, где продолжить после того, как некоторая работа была прервана для выполнения некоторых более важных задач, которые сами могут быть прерваны снова, даже рекурсивно и несколько раз. Это применимо к обходам дерева в глубину, таким как минимаксный поиск или вычисление вложенных арифметических выражений.

Стек может быть реализован через массив или связанный список, например, в C-подобном псевдокоде с массивом фиксированного размера в сочетании с типичными пре-инкрементами и пост-декрементами:

int tos = -1; // индексировать вершину стека
int stack [STACKSIZE]; // массив фиксированного размера

void push (int element) {
   if (tos == STACKSIZE - 1) выбросить исключение переполнения стека;
   стек [++ tos] = элемент;
}

int pop () {
   if (tos == -1) выбросить исключение опустошения стека;
   вернуть стек [tos--];
}

Большинство центральных процессоров поддерживают аппаратный стек (стек процессора, стек вызовов) как часть основной памяти.В процессорах есть специальный регистр, указывающий на вершину стека (указатель стека), и инструкции push и pop соответственно. Процессоры Intel от 8080 до x86-64 позволяют стеку расти от более высоких адресов к более низким с помощью push-уведомлений до декремента и всплывающих окон после инкремента.

push (регистр) :: = стек [- sp]: = регистр
pop (регистр) :: = регистр: = стек [sp ++]

Реализация таких аппаратных стеков была мотивирована соображениями потока управления по вызову и возврату из подпрограмм, возможно, рекурсивно, как это было предложено в языках программирования, подобных Алголу.Инструкция вызова помещает программный адрес следующей инструкции в стек непосредственно перед тем, как она устанавливает регистр указателя инструкций на адрес подпрограммы. После выполнения подпрограммы завершающая инструкция возврата выталкивает адрес возврата из стека в указатель инструкции, чтобы продолжить выполнение ожидаемого потока. Кроме того, процедурные языки программирования высокого уровня требовали локальных переменных. Хотя фактические параметры были помещены перед вызовом с применением определенных соглашений о вызовах различных платформ и компилятора [2] [3] , вызываемый выполнял соответствующие манипуляции с указателем стека, чтобы зарезервировать или выделить кадр стека для локальных автоматических переменных.В 16-разрядной версии Intel 8086 появился дополнительный регистр, предназначенный для использования в качестве базового указателя в возможном кадре переменного стека, и возможность динамического перераспределения кадров.

Типичный кадр стека 8086 с соглашениями о вызовах Паскаля, где вызываемый объект отвечает за балансировку стека. Подобная структура стека появляется в x86 с 32-битными расширенными регистрами (esp, ebp) и элементами стека [4] .

нажать слово para1
нажмите слово para2
позвони фу
...

foo proc рядом
  толкнуть бп
  mov bp, sp
  sub sp, 3 * 2; выделить место для трех локальных 16-битных переменных
  .<---- 16 бит ---->
| + ------------------ + + ------ +
   | локальная переменная 3 | [BP-6] ​​<--- | SP |
   + ------------------ + + ------ +
   | локальная переменная 2 | [BP-4]
   + ------------------ +
   | локальная переменная 1 | [BP-2]
   + ------------------ + + ------ +
   | сэкономил бп | <---------- | BP |
   + ------------------ + + ------ +
   | обратный адрес |
   + ------------------ +
   | параметр 2 | [bp + 4]
   + ------------------ +
   | параметр 1 | [bp + 6]
| + ------------------ +
v
высшие адреса

Калькулятор стека

Схема обратной польской или постфиксной нотации, предложенная в 1954 году Бёрксом, Уорреном и Райтом [5] , была независимо заново изобретена Фридрихом Л.Бауэр, Клаус Самельсон [6] и Эдсгер В. Дейкстра в начале 1960-х годов для создания и использования структуры данных стека для эффективной оценки выражений, вероятно, после рекурсивного анализа инфиксной нотации, что на самом деле является обходом дерева выражений в глубину. .

Infix :

(1 + 2) * (3 + 4)

Дерево инфиксов :

       *
   + +
 1 2 3 4

Стек Postfix :

 нажмите 1
 нажмите 2
 Добавлять
 нажмите 3
 нажмите 4
 Добавлять
 мул

Многие современные компиляторы и интерпретаторы работают именно так, как и виртуальная машина Java.Обратная польская запись в дальнейшем используется в языке программирования, ориентированном на Forth Stack.

Поиск в глубину

В программировании компьютерных игр стек узлов также является соответствующей структурой данных при поиске по дереву в глубину, например Minimax или Alpha-beta. Непосредственно перед тем, как перейти к дальнейшему поиску, узел помещается в стек - и возвращается обратно при отмене создания. Несмотря на глобальные переменные состояния, такие как представление платы, которые обновляются постепенно, программы неявно используют стек процессора, передавая параметры в процедуру рекурсивного поиска с локальными переменными.Программный стек является обязательным для итеративного поиска и, вероятно, реализован в виде массива, индексированного ply.

  • Артур У. Беркс, Дон Уоррен, Джесси Б. Райт ( 1954 ) Анализ логической машины с использованием нотации без скобок .
  • Клаус Самельсон, Фридрих Л. Бауэр ( 1960 ). Последовательный перевод формул . Коммуникации ACM, Vol. 3 № 2
  • Крейг А. Финсет ( 1980 ). Что-то отсутствует (реализация рекурсии и стеков в BASIC) .Лучшее из творческих вычислений. Том 3 »Базовый
  • Дональд Кнут ( 1997 ). Искусство компьютерного программирования , Том 1: Фундаментальные алгоритмы (третье издание), Addison-Wesley, ISBN 0-201-89683-4, 2.2.1: Стеки, очереди и дек
  • Томас Х. Кормен, Чарльз Э. Лейзерсон, Рональд Л. Ривест, Клиффорд Штайн ( 2009 ). Введение в алгоритмы, 3-е издание

.NET

На один уровень выше

1.2 ЧТО ТАКОЕ СТЕК?

Stack Computers: 1.2 ЧТО ТАКОЕ СТЕК?

Stack Computers : новая волна
© Copyright 1989, г.
Филип Купман,
Все права защищены.

Глава 1. Введение и обзор

1.2 ЧТО ТАКОЕ СТЕК?

стеков LIFO, также известных как "выталкиваемые" стеки,
концептуально самый простой способ сохранения информации во временном хранилище
для таких распространенных компьютерных операций, как вычисление математических выражений и
рекурсивный вызов подпрограммы.

1.2.1 Пример подноса в кафетерии

В качестве примера работы стопки рассмотрим раздаточное устройство с подпружиненными лотками.
того типа, который часто встречается в кафетериях. Допустим, у каждого лотка есть номер
выгравированы на нем. По одному лотку загружается сверху, каждый
на уже загруженных лотках с пружиной, сжимающей, чтобы освободить место для большего количества
лотки по мере необходимости. Например, на Рисунке 1.1 лотки пронумерованы 42, 23, 2,
и 9 загружаются в стопку лотков, причем 42 загружаются первыми, а 9 загружаются.
последний.

Рисунок 1.1 - Пример работы стека. 


 
 Лоток «Последний вошел» - номер 9. Таким образом, лоток «Первый ушел».
лоток также имеет номер 9. Поскольку клиенты снимают лотки с верха стопки,
первый снятый лоток - это лоток № 9, а второй - лоток № 2. Пусть
Мы говорим, что на этом этапе было добавлено больше лотков. Тогда эти лотки будут иметь
чтобы оторваться от стопки до самого первого загруженного нами лотка.После любой последовательности
Из-за толчков и хлопков стопки лотков лоток 42 все еще будет внизу.
 Стек снова станет пустым только после того, как лоток 42 будет извлечен из
вершина стека.
 


 

 
 1.2.2 Примеры программных реализаций 

 
 стеков LIFO могут быть запрограммированы в обычные компьютеры в нескольких
способами. Самый простой способ - выделить массив в памяти и сохранить
переменная с порядковым номером массива самого верхнего активного элемента.Те
программисты, которые ценят эффективность выполнения, усовершенствуют эту технику,
выделение блока ячеек памяти и поддержание указателя с
фактический адрес верхнего элемента стека. В любом случае "толкание"
элемент стека относится к процессу выделения нового слова в стеке и
размещение в нем данных. «Выталкивание» стека относится к действию
удаление верхнего элемента из стека и последующее возвращение значения данных
удален в процедуру запроса поп-музыки.

 
 Стеки часто размещаются в самых верхних адресных областях машины.
Обычно они растут от самого высокого места в памяти к меньшему.
местоположений, что обеспечивает максимальную гибкость в использовании памяти между
конец программной памяти и «вершина» стека. В нашем
обсуждения, растет ли стек "вверх" в памяти или "вниз"
в памяти во многом не имеет значения. «Верхним» элементом стека является
элемент, который был нажат последним и будет выталкиваться первым.Дно"
элемент стека - это тот, который при удалении оставит стек пустым.

 

 
 Очень важным свойством стеков является то, что в чистом виде они
разрешить доступ только к верхнему элементу в структуре данных. Мы увидим позже
что это свойство имеет большое значение в областях программы
компактность, простота оборудования и скорость исполнения.
 

 
 Стеки - отличные механизмы для временного хранения информации.
внутри процедур.Основная причина этого в том, что они позволяют рекурсивно
вызовы процедур без риска уничтожения данных из предыдущих
призывы к рутине. Они также поддерживают реентерабельный код. В качестве добавленного
преимущество, стеки могут использоваться для передачи параметров между этими же
процедуры. Наконец, они могут сэкономить место в памяти, разрешив разные
процедуры использования одного и того же пространства памяти снова и снова для временных
распределение переменных вместо резервирования места в памяти каждой процедуры
для временных переменных.

 
 Существуют и другие способы создания стеков в программном обеспечении, помимо массива.
подход. Связанные списки элементов могут использоваться для выделения слов стека, с
элементы стека не обязательно в каком-либо порядке относительно фактических
адреса памяти. Кроме того, программная куча может использоваться для выделения пространства стека,
хотя это действительно вызывает вопрос, поскольку управление кучей действительно
надмножество управления стеком.
 


 

 
 1.2.3 Примеры аппаратной реализации 

 
 Аппаратная реализация стеков имеет очевидное преимущество:
намного быстрее, чем управление программным обеспечением. В машинах, которые ссылаются на стек с
большой процент инструкций, эта повышенная эффективность жизненно важна для
поддержание высокой производительности системы.
 

 
 В то время как любой программный метод обработки стеков может быть реализован в
аппаратное обеспечение, обычно применяемая аппаратная реализация заключается в резервировании
смежные области памяти с указателем стека в эту память.Обычно
указатель - это специальный аппаратный регистр, который может увеличиваться или
уменьшается по мере необходимости, чтобы выталкивать и выталкивать элементы. Иногда возможность
предоставляется для добавления смещения к указателю стека для неразрушающего доступа к
первые несколько элементов стека, не требуя последовательных операций извлечения.
Часто стек находится в тех же устройствах памяти, что и программа.
Иногда в интересах повышения эффективности стеки размещаются в своих
собственные запоминающие устройства.

 
 Другой подход, который может быть применен к созданию стеков на оборудовании, - это использование
большие регистры сдвига. Каждый регистр сдвига представляет собой длинную цепочку регистров с
один конец цепочки виден как отдельный бит наверху стека. 32
такие регистры сдвига по N бит каждый могут быть размещены рядом, чтобы сформировать 32-битный
шириной на N элементов стека. Хотя этот подход не был практичным в
в прошлом, стековые машины СБИС могут найти это жизнеспособную альтернативу
обычный регистр, указывающий на реализацию памяти.


 
 




 СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ
 

 
 Фил Купман -
[email protected]
 
 
 Структура данных стека: практическое применение и операции | Адарш Менон | The Startup 
 
 Вы бы не смогли прочитать это сейчас, если бы не существовало стеков. Стеки описаны с практической точки зрения для инженеров. 
 
 Стек - одна из самых популярных и широко известных структур данных в информатике, а также одна из самых простых для изучения и понимания.Но часто, может быть, из-за того, как это преподносят или преподают, это кажется бесполезным и скучным. 
 
 Стеки - не одна из тех бесполезных вещей, которые вам нужно выучить, просто чтобы сдать экзамены или взломать собеседование по кодированию, но они фактически используются для многих вещей, которые вы делаете ежедневно на компьютере. 
 Посмотрите видеоверсию, если хотите :) 
     
  •  Они являются строительными блоками для вызовов функций и рекурсивных функций. Да, это обычное приложение, о котором вы, возможно, знаете, но подумайте - прямо сейчас в вашем стеке вызовов в памяти, поддерживаемой вашей ОС, есть сотни (если не тысячи) функций.Каждый раз, когда вызывается функция, для нее резервируется некоторая память (PUSH) в стеке вызовов, а когда она возвращается, память освобождается (POP). 
    •  
  •  Функция отмены / повтора, которая теперь стала частью вашей мышечной памяти, использует шаблон стека. Все ваши действия помещаются в стек, и всякий раз, когда вы что-то «отменяете», выскакивает самое последнее действие. Количество возможных отмен зависит от размера этого стека. 
    •  
  •  Шаблон стека также используется для отслеживания «последней использованной» функции.Я уверен, что вы встречали недавно просмотренные файлы, элементы, инструменты и т. Д. В различных приложениях. Ваш браузер использует шаблон стека для сохранения недавно закрытых вкладок и их повторного открытия. 
    •  
  •  Ваш редактор кода использует стек, чтобы проверить, правильно ли вы закрыли все круглые скобки, и даже для предварительной настройки кода. 
     Это связано с более формальным вариантом использования стеков - вычислением выражений и синтаксическим анализом. Они используются для преобразования одной нотации выражения в другую (например, инфиксную в постфиксную и т. Д.)..), это фактически используется в калькуляторах. Если вы подготовились к собеседованию по кодированию, то знаете, что известная проблема соответствия скобок решается с помощью стека. 
    •  
  •  Они используются для реализации алгоритма обратного отслеживания, который, по сути, является алгоритмом, имеющим цель, и если он идет по неправильному пути, он просто «откатывает» назад к предыдущему состоянию. Эти состояния поддерживаются стеками. С помощью этого подхода можно решить простые игры, такие как крестики-нолики. 
     Аналогичная концепция используется в алгоритме поиска в глубину.
    •  
  •  Повышение эффективности алгоритмов - Некоторые алгоритмы используют структуру данных стека и ее свойства. Примерами являются сканирование Грэма, которое используется для поиска выпуклой оболочки, и проблема поиска ближайшего меньшего или большего значения в массиве. 
    •  
 
 Так что же делает стеки особенными? Что ж, это свойство Last In First Out - элемент, который был добавлен в стек последним, удаляется первым. Есть только один способ вставить или удалить элемент из стека - сверху.
 
 Стопки часто сравнивают со стопкой тарелок на кухне ресторана, где добавление новой тарелки или удаление существующей из стопки возможно только сверху. 
 
 В информатике вместо тарелок мы храним объекты в стопке. Это могут быть числа, строки, адреса памяти, целые функции или даже другие структуры данных. 
 
 Есть три операции, которые могут быть выполнены со структурой данных стека: 
 
     
  •  PUSH: добавляет элемент в стек 
    •  
  •  POP: удаляет элемент из стека 
    •  
  •  TOP / PEEK: возвращает значение текущего элемента поверх стопки, не удаляя ее.
    •  
 
 Теперь предположим, что вы помещаете в стопку 3 элемента: A, B и C по порядку. Теперь C на вершине. Выталкивание элементов даст вам C, B и A. Таким образом, шаблон LIFO также можно использовать для отмены набора упорядоченных элементов. 
 
 В настоящее время большинство языков программирования имеют встроенную библиотеку для реализации стеков. Если интересно, можете реализовать и сами с нуля. Вот распространенные реализации стеков на Python и C ++, особенно полезные, если вы готовитесь к собеседованию по кодированию.
 
 Python 
 
 В Python структура данных списка может использоваться как стек. 
 
 C ++ 
 
 C ++ STL (Стандартная библиотека шаблонов) имеет отличную реализацию стека. 
 
 Стек в Python | Что такое Python Stack и как его реализовать 
 
 Эй, вы, возможно, попали сюда в поисках Stack в Python, ну, мы все для вас отсортировали. В этом блоге мы проведем углубленный анализ КАК, ПОЧЕМУ и ГДЕ использовать стек  в Python .
 
 Блог состоит из следующих тем: 
 
 
  Что такое стек в структурах данных?    
 Структуры данных являются ключом к организации хранения на компьютерах, чтобы мы могли эффективно получать доступ к данным и редактировать их.  Стеки  - одна из первых структур данных, определенных в информатике. Проще говоря, Stack - это линейный набор элементов. Это набор объектов, который поддерживает семантику быстрого «последним вошел - первым ушел» (LIFO) для вставки и удаления.Это массив или структура списка вызовов функций и параметров, используемых в современном компьютерном программировании и архитектуре ЦП. Подобно стопке тарелок в ресторане, элементы в стопке добавляются или удаляются с вершины стопки в порядке «последний пришел - первый ушел». В отличие от списков или массивов, произвольный доступ к объектам, содержащимся в стеке, не разрешен. 
 
 В стеке есть два типа операций: 
 
     
  •   Push  - для добавления данных в стек. 
    •  
  •   Pop  - для удаления данных из стека.
    •  
 
 Стеки просты в освоении и легко реализовать, они широко включены во многие программы для выполнения различных задач. Они могут быть реализованы с помощью массива или связанного списка. Здесь мы будем полагаться на структуру данных List. 
 
  Почему и когда мы используем стек?  
 
 Стеки - это простые структуры данных, которые позволяют нам сохранять и извлекать данные последовательно. 
 
 Говоря о производительности, ожидается, что правильная реализация стека займет  O (1)  времени на операции вставки и удаления.
 
 Чтобы понять стек на уровне земли, представьте себе стопку книг. Вы добавляете книгу в верхнюю часть стопки, поэтому первой будет поднята книга, добавленная в стопку последней. 
 
 Существует множество реальных вариантов использования стеков, понимание которых позволяет нам легко и эффективно решать многие проблемы с хранением данных. 
 
 Представьте, что вы разработчик и работаете над новым текстовым процессором. Вам необходимо создать функцию отмены, позволяющую пользователям отменять свои действия до начала сеанса.Стек идеально подходит для этого сценария. Мы можем записывать каждое действие пользователя, помещая его в стек. Когда пользователь хочет отменить действие, он может соответственно выскочить из стека. 
 
 
  Как реализовать стек на Python?    
 В Python мы можем реализовать стеки Python следующим образом: 
 
     
  1.  Используя встроенную структуру данных List. Встроенная в Python структура данных List содержит методы для имитации операций как  stack , так и  queue .
    2.  
  2.  Использование библиотеки deque, которая эффективно предоставляет операции стека и очереди в одном объекте. 
    3.  
  3.  Использование класса queue.LifoQueue. 
    4.  
 
 Как упоминалось ранее, мы можем добавлять элементы в стек с помощью операции «PUSH» и удалять элементы с помощью операции «POP». 
 
  PUSH Operation  
 
 Push - добавляет элемент вверху стека. Обратитесь к изображению ниже, чтобы лучше понять: 
 
 
 
  POP Operation  
 
 Pop - удаляет элемент из вершины стека.
 
 
 
  Вот простая программа для иллюстрации стека на Python -  
 
 class Stack
def_init_ (сам):
self.items = []
def is_empty (сам):
вернуть self.items == []
def push (self, data):
self.items.append (данные)
def pop (сам):
вернуть self.items.pop ()
s = Стек ()
в то время как True:
print (‘push ’)
печать («поп»)
печать («выйти»)
do = input ("Что бы вы хотели сделать?"). split ()
operation = do [0] .strip (). lower ()
если операция == ‘push’:
s.push (int (сделать [1]))
elif operation == ‘pop’:
если s.пустой():
print («Стопка пуста»)
еще:
print (‘Popped value:’, s.pop ())
elif operation == ’quit’:
перерыв

 
   Подробнее об использовании стеков в Python и связанных программах   
 Стеки обеспечивают широкий спектр использования в алгоритмах, например, при синтаксическом анализе языка и управлении памятью во время выполнения («стек вызовов») . Краткий и полезный алгоритм, использующий стек, - это поиск в глубину (DFS) в структуре данных дерева или графа. Python использует несколько реализаций стека, каждая из которых имеет несколько разные характеристики.Давайте кратко рассмотрим их:
  Список     Встроенный  
 Встроенный тип списка Python создает приличную структуру данных стека, поскольку он поддерживает операции push и pop за амортизированные  O (1 )  раз.
 Списки Python внутренне реализованы как динамические массивы, что означает, что им время от времени требуется изменять размер хранилища для элементов, хранящихся в них, всякий раз, когда они добавляются или удаляются. Пространство для хранения выделено больше, чем требуется, так что не каждое нажатие или всплывающее сообщение требует изменения размера, и вы получаете амортизированную временную сложность  O (1)  для этих операций.
 Хотя это делает их производительность менее согласованной, чем у стабильных  O (1)  вставок и удалений, обеспечиваемых реализацией на основе связанных списков. С другой стороны, списки обеспечивают быстрый произвольный доступ по времени  O (1)  к элементам в стеке, что может быть дополнительным преимуществом.
  Вот важное предупреждение о производительности при использовании списков в качестве стека: 
 Чтобы получить амортизированную производительность  O (1)  для вставки и удаления, new добавляется в конец списка с помощью метода append () и удаляется с конца с помощью pop ().Стеки, основанные на списках Python, расширяются вправо и сжимаются влево.
 Добавление и удаление спереди занимает гораздо больше времени ( O (n)  времени), так как существующие элементы должны быть перемещены, чтобы освободить место для добавления нового элемента.
 # Использование списка Python в качестве стека (LIFO):
s = []
 
s.append ('есть')
s.append ('спать')
s.append ('код')
 
>>> с
['есть', 'спать', 'код']
 
>>> s.pop ()
'код'
>>> s.pop ()
'спать'
>>> с.поп ()
'есть'
 
>>> s.pop ()
IndexError: «извлечь из пустого списка»
 
  The   collections.deque   Class  
 Класс deque реализует двустороннюю очередь, которая поддерживает добавление и удаление элементов с любого конца за  O (1)  времени (без амортизации) ).
 Поскольку двухсторонние очереди одинаково хорошо поддерживают добавление и удаление элементов с обоих концов, они могут служить как очередями, так и стеками.
 Объекты двухсторонней очереди Python реализованы в виде двусвязных списков, что обеспечивает им правильную и последовательную производительность при вставке и удалении элементов, но низкую производительность  O (n) , поскольку они осуществляют произвольный доступ к элементам в середине стека.
 collections.deque - хороший выбор, если вы ищете структуру данных стека в стандартной библиотеке Python с характеристиками производительности реализации связанного списка.
 # Использование collections.deque в качестве стека (LIFO):
из коллекций import deque
q = deque ()
 
q.append ('есть')
q.append ('спать')
q.append ('код')
 
>>> q
deque (['есть', 'спать', 'код'])
 
>>> q.pop ()
'код'
>>> q.pop ()
'спать'
>>> q.pop ()
'есть'
 
>>> q.поп ()
IndexError: "извлечь из пустой двухсторонней очереди"
 
  Очередь  .LifoQueue   Class  
 Эта реализация стека в стандартной библиотеке Python синхронизирована и обеспечивает семантику блокировки для поддержки нескольких одновременных производителей и потребителей.
 Модуль очереди содержит несколько других классов, реализующих очереди с несколькими производителями и потребителями, которые полезны для параллельных вычислений.
 В зависимости от вашего варианта использования семантика блокировки может оказаться полезной или просто вызвать ненужные накладные расходы.В этом случае вам будет лучше использовать список или двухстороннюю очередь в качестве стека общего назначения.
 # Использование queue.LifoQueue в качестве стека:
 из очереди импорта LifoQueue
s = LifoQueue ()
 
s.put ('есть')
s.put ('спать')
s.put ('код')
 
>>> с
<объект queue.LifoQueue в 0x108298dd8>
 
>>> s.get ()
'код'
>>> s.get ()
'спать'
>>> s.get ()
'есть'
 
>>> s.get_nowait ()
queue.Empty
 
>>> s.get ()
# Блокирует / ждет вечно ...
 
 Если вы дошли до этого места, теперь вы должны быть в состоянии использовать стеки в Python. Надеюсь, этот блог помог вам разобраться в различных методах реализации стека в Python.
 На этом мы завершаем нашу статью «Стек в Python». Надеюсь, вам понравилось читать этот блог, и он оказался информативным. К настоящему времени вы, должно быть, хорошо понимаете, что такое стек Python и как он используется. Теперь продолжайте практиковать все примеры.
  Чтобы получить глубокие знания о языке программирования Python и его различных приложениях, вы можете  зарегистрироваться здесь  для онлайн-обучения с круглосуточной поддержкой и пожизненным доступом. 
  Есть к нам вопрос? Пожалуйста, укажите это в разделе комментариев блога «Стек в Python», и мы свяжемся с вами в ближайшее время.
 Как реализовать стек Python - настоящий Python