栈--后进先出的线性表

1、栈是什么

首先线性表是使用非常广泛的一类数据结构，它对数据的顺序非常敏感，而且它对数据的增删操作非常灵活。
栈是一种特殊的线性表。栈与线性表的不同，体现在增和删的操作。具体而言，栈的数据结点必须后进先出。

宏观上来看，与数组或链表相比，栈的操作更为受限，那为什么我们要用这种受限的栈呢？其实，单纯从功能上讲，数组或者链表可以替代栈。然而问题是，数组或者链表的操作过于灵活，这意味着，它们过多暴露了可操作的接口。这些没有意义的接口过多，当数据量很大的时候就会出现一些隐藏的风险。一旦发生代码 bug 或者受到攻击，就会给系统带来不可预知的风险。虽然栈限定降低了操作的灵活性，但这也使得栈在处理只涉及一端新增和删除数据的问题时效率更高。

举个实际的例子，浏览器都有页面前进和后退功能，这就是个很典型的后进先出的场景。假设你先后访问了五个页面，分别标记为 1、2、3、4、5。当前你在页面 5，如果执行两次后退，则退回到了页面 3，如果再执行一次前进，则到了页面 4。处理这里的页面链接存储问题，栈就应该是我们首选的数据结构。

栈既然是线性表，那么它也包含了表头和表尾。不过在栈结构中，由于其操作的特殊性，会对表头和表尾的名字进行改造。表尾用来输入数据，通常也叫作栈顶（top）；相应地，表头就是栈底（bottom）。栈顶和栈底是用来表示这个栈的两个指针。跟线性表一样，栈也有顺序表示和链式表示，分别称作顺序栈和链栈。

2、栈的基本操作

栈对于数据有增、删、查处理。对于栈的新增操作，通常也叫作 push 或压栈。对于栈的删除操作，通常也叫作 pop 或出栈。栈分为顺序栈和链栈。
线性栈：
栈的顺序存储可以借助数组来实现。一般来说，会把数组的首元素存在栈底，最后一个元素放在栈顶。然后定义一个 top 指针来指示栈顶元素在数组中的位置。假设栈中只有一个数据元素，则 top = 0。一般以 top 是否为 -1 来判定是否为空栈。当定义了栈的最大容量为 StackSize 时，则栈顶 top 必须小于 StackSize。

当需要新增数据元素，即入栈操作时，就需要将新插入元素放在栈顶，并将栈顶指针增加 1。如下图所示：

删除数据元素，即出栈操作，只需要 top - 1 就可以了。

对于查找操作，栈没有额外的改变，跟线性表一样，它也需要遍历整个栈来完成基于某些条件的数值查找。

链栈：
关于链式栈，就是用链表的方式对栈的表示。通常，可以把栈顶放在单链表的头部，如下图所示。由于链栈的后进先出，原来的头指针就显得毫无作用了。因此，对于链栈来说，是不需要头指针的。相反，它需要增加指向栈顶的 top 指针，这是压栈和出栈操作的重要支持。

对于链栈，新增数据的压栈操作，与链表最后插入的新数据基本相同。需要额外处理的，就是栈的 top 指针。如下图所示，插入新的数据，则需要让新的结点指向原栈顶，即 top 指针指向的对象，再让 top 指针指向新的结点。

在链式栈中进行删除操作时，只能在栈顶进行操作。因此，将栈顶的 top 指针指向栈顶元素的 next 指针即可完成删除。对于链式栈来说，新增删除数据元素没有任何循环操作，其时间复杂度均为 O(1)。

对于查找操作，相对链表而言，链栈没有额外的改变，它也需要遍历整个栈来完成基于某些条件的数值查找。