栈与队列：数据结构经典应用

# 1. 数据结构概述

### 1.1 数据结构的定义及作用
数据结构是指数据元素之间的关系，以及对这些数据元素进行操作的方法集合。在计算机科学中，数据结构是计算机存储、组织数据的方式，其设计的好坏直接影响到程序的效率。

### 1.2 栈与队列的概念介绍
栈（Stack）是一种先进后出（FILO）的数据结构，只能在栈顶进行插入和删除操作，常用于函数调用、括号匹配等场景。队列（Queue）是一种先进先出（FIFO）的数据结构，只能在队首删除，在队尾插入，常用于任务调度等场景。

### 1.3 数据结构在实际应用中的重要性
数据结构作为计算机科学的基础，广泛应用于算法设计、数据库管理、操作系统设计等领域。掌握数据结构能够提高程序设计效率，优化系统性能，解决实际问题。

# 2. 栈的原理与应用

栈（Stack）是一种遵循后进先出（Last In First Out，LIFO）原则的数据结构，具有高效的插入和删除操作。在计算机科学中，栈常被用于内存管理和算法实现中。接下来我们将详细介绍栈的基本原理和应用场景。

### 2.1 栈的基本特点与操作

栈具有以下基本特点：
- 只能在栈顶进行插入（压栈）和删除（弹栈）操作
- 后进栈的元素先出栈
- 查看栈顶元素的操作称为**栈顶**（`top`）
- 栈的大小在创建时确定，称为**栈的容量**

在实现栈时，常见的操作包括：
- **压栈**（`push`）：将元素添加到栈顶
- **弹栈**（`pop`）：将栈顶元素移除并返回
- **查看栈顶元素**（`peek`）：返回栈顶元素但不弹出
- **判断栈是否为空**（`isEmpty`）：判断栈中是否有元素
- **获取栈的大小**（`size`）：返回栈中元素的个数

下面是使用Python实现的栈数据结构示例代码：

class Stack:
    def __init__(self):
        self.stack = []

    def push(self, item):
        self.stack.append(item)

    def pop(self):
        if not self.isEmpty():
            return self.stack.pop()
        else:
            return None

    def peek(self):
        if not self.isEmpty():
            return self.stack[-1]
        else:
            return None

    def isEmpty(self):
        return len(self.stack) == 0

    def size(self):
        return len(self.stack)

### 2.2 栈在计算机内存管理中的应用

栈在计算机内存管理中扮演着重要角色，主要包括以下两方面应用：

- **函数调用栈**：每当调用一个函数时，系统会为函数的局部变量、参数以及返回地址分配内存空间，并将这些信息存储在栈中。函数执行完毕后，相关内存空间会被释放。
- **表达式求值**：在表达式求值中，栈常用于解析和计算表达式中的数字和运算符