什么是堆栈？8086/8088CPU的堆栈是如何管理的？即进栈与出栈时堆栈指针是如何变化的？

堆栈（Stack）是一种数据结构，它可以用来存储和恢复程序执行时的现场（包括寄存器的值、函数调用的返回地址等）。8086/8088CPU的堆栈是由硬件实现的，其管理方式如下：

在8086/8088CPU中，堆栈是由“栈顶指针（SP）”和“基址指针（BP）”两个寄存器来管理的。SP指向当前堆栈顶部的位置，BP指向当前堆栈帧的底部。8086/8088CPU的堆栈是向下增长的，也就是说，每次进栈操作都会将SP减小，出栈操作则将SP增加。

当执行进栈操作时，CPU会自动将要被保存的数据（比如寄存器的值）写入当前SP所指向的内存位置，然后将SP减小。当执行出栈操作时，CPU会先将当前SP所指向的内存位置中的数据取出，然后将SP增加。

在函数调用时，CPU会自动将当前函数的返回地址保存在堆栈中，以便函数执行完毕后可以正确返回到调用它的程序。具体来说，CPU会先将当前的IP值（指令指针）入栈，然后跳转到被调用函数的入口地址执行。当函数执行完毕后，CPU会将堆栈顶部的值（即返回地址）出栈，然后跳转到该地址继续执行调用它的程序。

总之，8086/8088CPU的堆栈是由SP和BP寄存器来管理的，进栈和出栈操作会改变SP的值，CPU会自动将函数的返回地址保存在堆栈中，以便函数执行完毕后可以正确返回到调用它的程序。

相关问题

堆栈(Stack)是一种特殊的顺序存储表，只允许在表的一端(栈顶)进行插入和删除操作，另一端(栈底)则不允许插入和删除操作，堆栈的插入和删除通常称为入栈和出栈。栈顶的当前位置是动态的，用一个指针，即栈顶指针来标示栈顶当前位置。如下图所示： 堆栈可以用数组来表示，假设堆栈可保存的数据类型为char。那么堆栈数据成员如下： char element[MAXSIZE]; int index; //堆栈指针 堆栈相关的成员函数如下： void push(char item); //元素item进栈，即插入item到栈顶； void pop( ); //弹出栈顶元素； char top(); //返回栈顶元素的值，但不移动栈顶指针； bool isEmpty(); //判断堆栈是否为空 解决问题： （1）根据上述提示实现一个堆栈；注意栈空和栈满情况的处理； （2）堆栈在计算机语言中的编译过程中用来进行语法检查，编写一个程序，利用堆栈来检查一个C/C++语言程序中的花括号、方括号和圆括号是否配对。尝试说明程序中可能出现的问题

1. 实现堆栈代码如下：

#define MAXSIZE 100 //定义堆栈最大容量

class Stack {
private:
    char element[MAXSIZE];
    int index; //堆栈指针
public:
    Stack() { index = -1; } //构造函数，堆栈初始为空
    void push(char item) {
        if (index == MAXSIZE - 1) //判断堆栈是否已满
            cout << "Stack Overflow!" << endl;
        else {
            index++; //栈顶指针加1
            element[index] = item; //元素进栈
        }
    }
    void pop() {
        if (index == -1) //判断堆栈是否为空
            cout << "Stack Underflow!" << endl;
        else
            index--; //栈顶指针减1，元素出栈
    }
    char top() {
        if (index == -1) { //判断堆栈是否为空
            cout << "Stack is Empty!" << endl;
            return '\0';
        }
        else
            return element[index]; //返回栈顶元素的值
    }
    bool isEmpty() { return (index == -1); } //判断堆栈是否为空
};

2. 利用堆栈来检查一个C/C++语言程序中的花括号、方括号和圆括号是否配对的代码如下：

#include <iostream>
#include <stack>
#include <cstring>

using namespace std;

int main() {
    char str[1000];
    stack<char> s;
    bool flag = true;
    cin.getline(str, 1000);
    for (int i = 0; i < strlen(str); i++) {
        if (str[i] == '(' || str[i] == '[' || str[i] == '{')
            s.push(str[i]); //左括号进栈
        else if (str[i] == ')') {
            if (!s.empty() && s.top() == '(')
                s.pop(); //右括号与栈顶元素匹配，弹出栈顶元素
            else {
                flag = false; //括号不匹配，标志位设为false
                break;
            }
        }
        else if (str[i] == ']') {
            if (!s.empty() && s.top() == '[')
                s.pop();
            else {
                flag = false;
                break;
            }
        }
        else if (str[i] == '}') {
            if (!s.empty() && s.top() == '{')
                s.pop();
            else {
                flag = false;
                break;
            }
        }
    }
    if (!s.empty()) flag = false; //栈中还有元素，括号不匹配
    if (flag) cout << "Matched!" << endl;
    else cout << "Not Matched!" << endl;

    return 0;
}

该程序利用了STL中的stack容器来实现堆栈，遍历输入的字符串，如果遇到左括号就进栈，遇到右括号就与栈顶元素匹配，匹配成功弹出栈顶元素，匹配失败则括号不匹配，标志位设为false，退出遍历。最后再判断栈中是否还有元素，如果有则括号不匹配。程序输出“Matched!”表示括号全部匹配，“Not Matched!”表示括号不匹配。

可能出现的问题：

- 栈溢出(Stack Overflow)：当堆栈的元素个数超过最大容量时，就会发生栈溢出的错误。
- 栈下溢(Stack Underflow)：当堆栈为空时，执行弹出操作就会发生栈下溢的错误。
- 括号不匹配：当输入的字符串中左右括号不匹配时，程序会输出“Not Matched!”，但不会给出具体的错误信息。

3、代码填空：设计一个能存储任意类型数据的顺序堆栈，即设计一个堆栈模板，然后用某种类型的数据进行验证，并进行进栈和出栈操作。 背景知识：堆栈是一种存储结构，它的特点是先进后出结构，堆栈中有一个栈顶指针，始终指向栈顶上的元素。程序中，建立的一个顺序栈，采用数组。 #include <iostream> #define MAXSIZE 50 using namespace std; template <class T> { private: T s[MAXSIZE]; int top; public: stack() {top=-1;} void push(T newvalue); //进栈 T pop( ); //出栈 }; void stack<T>::push( T newvalue) { if ( ) { top=top+1; s[top]=newvlaue; } else cout<<”栈满，无法进栈！”<<endl; } template <class T> T ::pop() { if (top>-1) { cout<<s[top]<<endl; top=top-1; } else cout<<”堆栈已空!无法出栈！”<<endl; } void main( ) { stack< > args; args.push(10); args.push(20); args.pop( ); args.pop( ); args.pop( ); } 请回答问题： （1）为何要定义栈？ 栈的代码实现是依赖数组，是如何实现数组“先进后出”特性的？

代码填空：

#include <iostream>
#define MAXSIZE 50

using namespace std;

template <class T>
class stack {
private:
    T s[MAXSIZE];
    int top;
public:
    stack() {top=-1;}
    void push(T newvalue); //进栈
    T pop( );  //出栈
};

template <class T>
void stack<T>::push( T newvalue) {
    if (top < MAXSIZE - 1) {
        top++;
        s[top] = newvalue;
    } else {
        cout << "栈满，无法进栈！" << endl;
    }
}

template <class T>
T stack<T>::pop() {
    if (top > -1) {
        T temp = s[top];
        top--;
        return temp;
    } else {
        cout << "堆栈已空!无法出栈！" << endl;
        return T();
    }
}

int main() {
    stack<int> args;
    args.push(10);
    args.push(20);
    cout << args.pop() << endl;
    cout << args.pop() << endl;
    cout << args.pop() << endl;
    return 0;
}

(1) 定义栈的主要目的是用于后续进行数据的存储和访问，具体来说，栈在计算机程序中被广泛应用，例如函数调用、表达式求值、内存分配等。

栈的代码实现是依赖数组，实现数组“先进后出”特性的原理是栈的元素只能在栈顶进行插入和删除操作，其次，栈的元素必须按照“后进先出”的原则进行访问，即先进入栈的元素只有在后进入栈的元素出栈后才能访问。因此，每次进栈时，将元素插入到栈顶，每次出栈时，从栈顶取出元素。这样就能实现数组“先进后出”的特性。