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synced 2026-04-01 17:53:18 +08:00
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This commit is contained in:
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5.1.3 两种实现对比
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<nav class="md-nav" aria-label="5.1.3 两种实现对比">
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<ul class="md-nav__list">
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#1_1" class="md-nav__link">
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1. 支持操作
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#2_1" class="md-nav__link">
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2. 时间效率
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3. 空间效率
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5.1.3 两种实现对比
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<nav class="md-nav" aria-label="5.1.3 两种实现对比">
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<li class="md-nav__item">
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<a href="#1_1" class="md-nav__link">
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1. 支持操作
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2. 时间效率
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3. 空间效率
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@@ -3536,7 +3482,7 @@
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<h1 id="51">5.1 栈<a class="headerlink" href="#51" title="Permanent link">¶</a></h1>
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<p>「栈 stack」是一种遵循先入后出的逻辑的线性数据结构。</p>
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<p>我们可以将栈类比为桌面上的一摞盘子,如果需要拿出底部的盘子,则需要先将上面的盘子依次取出。我们将盘子替换为各种类型的元素(如整数、字符、对象等),就得到了栈数据结构。</p>
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<p>在栈中,我们把堆叠元素的顶部称为“栈顶”,底部称为“栈底”。将把元素添加到栈顶的操作叫做“入栈”,而删除栈顶元素的操作叫做“出栈”。</p>
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<p>如下图所示,我们把堆叠元素的顶部称为“栈顶”,底部称为“栈底”。将把元素添加到栈顶的操作叫做“入栈”,删除栈顶元素的操作叫做“出栈”。</p>
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<p><img alt="栈的先入后出规则" src="../stack.assets/stack_operations.png" /></p>
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<p align="center"> 图:栈的先入后出规则 </p>
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@@ -3817,7 +3763,7 @@
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<p>栈遵循先入后出的原则,因此我们只能在栈顶添加或删除元素。然而,数组和链表都可以在任意位置添加和删除元素,<strong>因此栈可以被视为一种受限制的数组或链表</strong>。换句话说,我们可以“屏蔽”数组或链表的部分无关操作,使其对外表现的逻辑符合栈的特性。</p>
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<h3 id="1">1. 基于链表的实现<a class="headerlink" href="#1" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>使用链表来实现栈时,我们可以将链表的头节点视为栈顶,尾节点视为栈底。</p>
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<p>对于入栈操作,我们只需将元素插入链表头部,这种节点插入方法被称为“头插法”。而对于出栈操作,只需将头节点从链表中删除即可。</p>
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<p>如下图所示,对于入栈操作,我们只需将元素插入链表头部,这种节点插入方法被称为“头插法”。而对于出栈操作,只需将头节点从链表中删除即可。</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="2:3"><input checked="checked" id="__tabbed_2_1" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_2" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_3" name="__tabbed_2" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_2_1">LinkedListStack</label><label for="__tabbed_2_2">push()</label><label for="__tabbed_2_3">pop()</label></div>
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<div class="tabbed-content">
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<div class="tabbed-block">
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@@ -4567,7 +4513,7 @@
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</div>
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</div>
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<h3 id="2">2. 基于数组的实现<a class="headerlink" href="#2" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>使用数组实现栈时,我们可以将数组的尾部作为栈顶。在这样的设计下,入栈与出栈操作就分别对应在数组尾部添加元素与删除元素,时间复杂度都为 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 。</p>
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<p>使用数组实现栈时,我们可以将数组的尾部作为栈顶。如下图所示,入栈与出栈操作分别对应在数组尾部添加元素与删除元素,时间复杂度都为 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 。</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:3"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">ArrayStack</label><label for="__tabbed_4_2">push()</label><label for="__tabbed_4_3">pop()</label></div>
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<div class="tabbed-content">
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<div class="tabbed-block">
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@@ -5153,9 +5099,9 @@
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</div>
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<h2 id="513">5.1.3 两种实现对比<a class="headerlink" href="#513" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<h3 id="1_1">1. 支持操作<a class="headerlink" href="#1_1" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p><strong>支持操作</strong></p>
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<p>两种实现都支持栈定义中的各项操作。数组实现额外支持随机访问,但这已超出了栈的定义范畴,因此一般不会用到。</p>
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<h3 id="2_1">2. 时间效率<a class="headerlink" href="#2_1" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p><strong>时间效率</strong></p>
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<p>在基于数组的实现中,入栈和出栈操作都是在预先分配好的连续内存中进行,具有很好的缓存本地性,因此效率较高。然而,如果入栈时超出数组容量,会触发扩容机制,导致该次入栈操作的时间复杂度变为 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 。</p>
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<p>在链表实现中,链表的扩容非常灵活,不存在上述数组扩容时效率降低的问题。但是,入栈操作需要初始化节点对象并修改指针,因此效率相对较低。不过,如果入栈元素本身就是节点对象,那么可以省去初始化步骤,从而提高效率。</p>
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<p>综上所述,当入栈与出栈操作的元素是基本数据类型(如 <code>int</code> , <code>double</code> )时,我们可以得出以下结论:</p>
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@@ -5163,7 +5109,7 @@
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<li>基于数组实现的栈在触发扩容时效率会降低,但由于扩容是低频操作,因此平均效率更高。</li>
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<li>基于链表实现的栈可以提供更加稳定的效率表现。</li>
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</ul>
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<h3 id="3">3. 空间效率<a class="headerlink" href="#3" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p><strong>空间效率</strong></p>
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<p>在初始化列表时,系统会为列表分配“初始容量”,该容量可能超过实际需求。并且,扩容机制通常是按照特定倍率(例如 2 倍)进行扩容,扩容后的容量也可能超出实际需求。因此,<strong>基于数组实现的栈可能造成一定的空间浪费</strong>。</p>
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<p>然而,由于链表节点需要额外存储指针,<strong>因此链表节点占用的空间相对较大</strong>。</p>
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<p>综上,我们不能简单地确定哪种实现更加节省内存,需要针对具体情况进行分析。</p>
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