Стек (stack) в C++: легко и просто!

Всем привет! Сегодня мы разберем структуру данных, которая часто используется для решения задач или для оптимизации программ. Все когда-то в программировании слышали такое слово как стек.

Не пугайтесь, если вы его не знаете. Мы вам покажем, что это за зверь и попытаемся разобраться как использовать его для совместной работы.

Что такое стек и как он работает

Стек - это структура данных, которая работает по принципу FILO (first in - last out; первый пришел - последний ушел). В C++ уже есть готовый шаблон - stack.

В стеке элемент, который вошел самый первый - выйдет самым последним. Получается, если вы добавили три элемента в стек первым будет удален последний добавленный элемент. На рисунке 1 вы можете увидеть 6 чисел: 6, 5, 1, 2, 5, 9. Кстати извлекать их будем в таком же порядке. Например чтобы извлечь число 1 нам придется сначала извлечь числа 6 и 5, а потом уже 1. Так как это стек, эти числа мы добавляли в обратном порядке. Если быть точным вот так: 9, 5, 2, 1, 5, 6.

В стеке нет индексов как в массиве, а значит вы не можете обратиться к определенному элементу. Все потому что, стек построен на связных списках.

Это значит что каждый элемент (кроме последнего - он показывает на NULL, если простыми словами, то на ничего) имеет указатель на следующий элемент. Но есть элемент, на который нет указателя - первый (или как его еще называют головной).

Вы наверно спросите зачем использовать связные списки, если с таким же успехом можно было использовать простой массив. Тем более даже новичку не понадобится много времени чтобы разобраться в нем.

Но все достоинство шаблонного стека заключается в добавлении и удалении элементов. Эти операции происходят за константное время (это хороший плюс).

Кстати некоторые программисты делают стек на массивах. О таком способе использования стека мы поговорим чуть позже.

Как создать стек в C++

Для использования шаблона стека в начале нашей программе мы должны подключить библиотеку - <stack>.

Чтобы создать стек нам понадобится оперировать схемой ниже:

stack <тип данных> <имя>;

Давайте тщательнее ее разберем:

• С новой строки мы должны написать слова stack.
• <тип данных> - здесь нам понадобиться написать тот тип данных, который будет храниться в стеке.
• <имя> - здесь вам все должно быть понятно.

Методы стека

Методы - это функции, которые используются для контейнеров типа очереди и стека. Сейчас мы разберем все такие функции на примере ниже:

#include <iostream>
#include <stack>  // подключаем библиотеку для 
                  // использования стека
using namespace std;

int main() {
  setlocale(LC_ALL,"rus");
  stack <int> steck;  // создаем стек

  int i = 0;

  cout << "Введите шесть любых целых чисел: " << endl; // предлагаем пользователю 
                                                      // ввести 6 чисел
  while (i != 6) {
    int a;
    cin >> a; 

    steck.push(a);  // добавляем введенные числа
    i++;
  }
  
  if (steck.empty()) cout << "Стек не пуст";  // проверяем пуст ли стек (нет)

  cout << "Верхний элемент стека: " << steck.top() << endl; // выводим верхний элемент
  cout << "Давайте удалим верхний элемент " << endl;

  steck.pop();  // удаляем верхний элемент

  cout << "А это новый верхний элемент: " << steck.top(); // выводим уже новый
                                                          // верхний элемент 
  system("pause");
  return 0;
}

А вот разбор этой программы:

В строке 18: мы добавляем в стек элемент, с помощью функции push(). В скобках должно находиться значение, которое мы хотим добавить.

Кстати, если вы хотите сами создавать вот такие функции у себя в программах (как это делают профессионалы) или хотите узнать как они работают, то обо всем этом вы можете узнать вот здесь.

В строке 22: чтобы проверить пуст ли стек мы воспользовались функцией empty().

• Если результатом этой функции будет true, то стек чист.
• Если же результатом будет false, то в стеке что-то есть.

В строке 27: была использована функция pop().Ее используют для удаления верхнего элемента стека.

В функции pop() в отличии от функции push() в скобках не нужно не чего указывать, но сами скобки обязательно должны присутствовать. Так же для функций: empty() и top()!

В строках 24 и 29: мы решили обратиться к верхнему элементу стека, для этого была использована функция - top().

Давайте посмотрим какой будет результат этой программы при запуске:

Введите шесть любых целых чисел:
9 5 2 1 5 6
Верхний элемент стека: 6
Давайте удалим верхний элемент
А это новый верхний элемент: 5
Process returned 0 (0x0) execution time : 0.010 s
Press any key to continue.

Функция peek()

В библиотеку stack добавили новую функцию peek(), с помощью которой вы можете обратиться к N элементу стека (от вершины).

Так с помощью этой функции стек начинает напоминать массив.

Ниже вы мы использовали функцию peek(), чтобы вывести третий элемент:

  setlocale(LC_ALL,"rus");
  stack <int> steck;

  steck.push(5);   // Добавляем 
  steck.push(1);   // элементы
  steck.push(9);   // в
  steck.push(10);  // стек

  cout << "Третий элемент стека: " << steck.peek(3); // выведет 1

Этой функцией мы можем воспользоваться только в версиях C++ 11 и выше.

Функцию peek() использует маленький круг программистов и надо сразу сказать эта функция не стала столь востребованной, как от нее ожидали создатели.

Как создать стек с помощью массива

Многие программисты используют не используют шаблон стек, а вместо них оперируют стеками через массивы. Сейчас мы вам покажем как реализовать стек при помощи массива.

Ниже мы создали массив под именем - steck на 20 элементов, также мы создали переменную i которая будет указывать на верхний элемент стека.

Для добавления элемента мы будем увеличивать i на один и в ячейку steck[i] записывать элемент.

Для удаления элемента мы будем просто уменьшать i на один.

Как вы наверно уже догадались чтобы обратиться к верхнему элементу стека мы просто обращаемся к i элементу массива.

Переменная i заменила нам функцию push() и функцию top().

Чтобы посмотреть пуст ли стек мы просто проверяем условие i == -1:

• Если оно true, то стек пуст.
• Если оно false, то в стеке есть какие-то элементы.

Реализация стека с помощью массива находится ниже:

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
  int steck[20];
  int i = -1;  // объявили стек
    
  for (int j = 0; j < 6; j++) {
    int a;
       
    cin >> a;      

    i++;  // увеличиваем i на один
      
    steck[i] = a;  // добавляем в стек элемент
  }
   
  if (i == -1) cout << "Стек пуст";  // проверяем пуст ли стек (нет)
    
  cout << steck[i] << " это верхний элемент стека";
    
  cout << "Сейчас мы удалим верхний элемент";
    
  i--;  // уменьшаем i на один

  system("pause");
  return 0;
}

Какой способ создания стека использовать

Сегодня мы изучили два способа реализации стека:

• С помощью шаблона C++.
• При помощи массива.

Если вы используете стек в вашей программе и вам лучше чтобы она работа как можно быстрее, то используйте первый способ реализации стека.

Если же вам все равно на быстродействие программы, то можете использовать создание стека через массив. Лично мы всегда используем первый способ реализации стека. Он быстр и прост для использования и объявления.

В следующем уроке мы изучим еще одну очень важную структуру данных - очередь. Эту структуру данных используют во многих мессенджерах (например, telegram).

Упражнение

Чтобы закрепить прочитанный материал мы советуем вам:

1. Объявить стек.
2. Добавить в него 3 любых элемента.
3. Вывести верхний элемент.
4. Удалить верхний элемент.
5. Снова вывести верхний элемент.

В этой статье мы хотели вам показать какие функции присутствуют в стеке и как им пользоваться в своей программе. Надеемся вы узнали что это за зверь!

Есть вопрос, пишите в комментарии, мы с радостью вам ответим. Удачи!

« Очередь в C++

Шейкер сортировка в C++ »