Stack容器的实现原理与应用案例

# 1. Stack容器简介

Stack容器是一种后进先出（Last In First Out，LIFO）的数据结构，类似于我们日常生活中的栈。在计算机科学领域，Stack容器扮演着重要的角色，被广泛运用于各种场景中。

## 1.1 什么是Stack容器

Stack容器是一种线性数据结构，只允许在一端进行操作。具体来说，它有两个主要操作：push（入栈）和pop（出栈），分别用于向栈顶添加元素和从栈顶取出元素。

## 1.2 Stack容器的特点与用途

Stack容器具有以下特点：
- 后进先出：最后压入栈的元素最先弹出。
- 高效的操作：由于只涉及栈顶元素，操作效率较高。
- 适用范围广泛：常用于算法实现、函数调用、历史记录等场景。

## 1.3 Stack与其他数据结构的比较

与其他数据结构相比，Stack具有独特的特点：
- 与Queue（先进先出）相比，Stack更适用于一些特定场景，如函数调用栈。
- 与List（链表）相比，Stack操作更简单高效，适用于处理临时性数据。

在接下来的章节中，我们将深入探讨Stack容器的底层实现原理、时间复杂度分析以及在不同场景下的应用案例。

# 2. Stack容器的底层实现原理

Stack（栈）是一种后进先出（LIFO）的数据结构，它在计算机科学中有着广泛的应用。在本章节中，我们将深入探讨Stack容器的底层实现原理，包括基于数组和链表的不同实现方式以及push和pop操作的详细解析。

### 2.1 基于数组的Stack实现

基于数组的Stack实现是一种简单而高效的方式。我们可以通过固定大小的数组来模拟Stack的行为，使用一个指针指向栈顶元素，并不断更新这个指针来实现push和pop操作。

public class ArrayStack {
    private int maxSize;
    private int[] stackArray;
    private int top;

    public ArrayStack(int size) {
        maxSize = size;
        stackArray = new int[maxSize];
        top = -1;
    }

    public void push(int value) {
        if (top < maxSize - 1) {
            stackArray[++top] = value;
        } else {
            System.out.println("Stack is full. Cannot push element.");
        }
    }

    public int pop() {
        if (top >= 0) {
            return stackArray[top--];
        } else {
            System.out.println("Stack is empty. Cannot pop element.");
            return -1;
        }
    }
}

通过上述代码，我们可以看到基于数组的Stack实现方式。push操作在栈不满的情况下将元素压入栈顶，pop操作在栈不为空的情况下将栈顶元素弹出。

### 2.2 基于链表的Stack实现

除了数组，我们也可以使用链表来实现Stack。链表的优势在于可以动态扩展，不受固定大小的限制。

public class LinkedStack {
    private Node top;