数据结构中栈的局限性

为了更好地理解数据结构中堆栈的局限性，我们需要了解堆栈及其用途，以及它不能用于的地方。

堆栈与表示

用于存储数据的简单线性数据结构称为堆栈。堆栈采用后进先出 (LIFO) 原理，该原理规定最后放入的元素最先取出。作为实际的例子，请考虑一叠盘子相互堆叠。我们可以说，我们最后放的盘子最先取出，因为最后放的盘子在最上面，我们取出最上面的盘子。

可以通过链表或数组来实现。其主要功能包括 push()、pop()、top()、isEmpty()、size() 等。某些操作可供我们用来操作堆栈。当我们想向堆栈添加元素时，该操作称为 push 操作；当我们想从堆栈中删除元素时，该操作称为 pop 操作。当我们尝试从空堆栈中弹出元素时，会发生下溢；当我们尝试向已满的堆栈中推送元素时，会发生上溢。

基本堆栈操作

• 使用 void push(int data) 函数将元素推入堆栈。
• 当使用 int pop() 函数时，将从堆栈顶部取出一个元素并返回。

辅助堆栈上的操作

• Top(): 此操作返回最近添加的元素，而不将其从列表中删除。
• int size() 过程返回堆栈的大小，即堆栈中的元素总数。
• int isEmpty() 函数确定堆栈是否为空。
• int isFull() 函数确定堆栈是否已满。

堆栈类型

寄存器

CPU 本身最小的数据存储组件称为寄存器。这些是 CPU 可以立即访问的内存区域。它可能包含存储位置、指令或任何类型的数据，例如一系列位或单个字符。例如，一条指令可能说明应将两个指定寄存器的内容相乘，然后存储在特定寄存器中。

例如，地址寄存器、指令寄存器、程序计数器和累加器寄存器。

内存

内存是用于存储计算机数据、指令和程序的硬件部分。主内存是 CPU 内部的内存 (RAM)，而辅助内存是 CPU 外部的内存 (硬盘驱动器)。易失性内存和非易失性内存是内存的附加类别。在计算机或其他硬件设备断电时会丢失内容的内存称为易失性内存。易失性内存的一种类型是 RAM (随机存取内存)。非易失性内存是即使在断电情况下也能保留数据的内存。非易失性内存的一个例子是 EPROM。

例如：RAM、EPROM 等。

堆栈顶部究竟是什么意思？

堆栈顶部是指用于从堆栈中访问、添加和删除元素的指针。它充当指向堆栈顶部元素的指针。

堆栈数据结构的使用

• 用于评估包含操作数和运算的表达式。
• 任何文本编辑器的撤销功能都会匹配 HTML 和 XML 中的标签。
• 从中缀到后缀的转换。
• 堆栈用于括号匹配和回溯。
• 使用堆栈将一种算术表示法转换为另一种算术表示法。
• 堆栈对于函数调用很有用，因为它们可以存储激活信息，并在函数返回后删除。函数调用处理可以非常有效地利用它。
• 堆栈可用于反转任何数据集合或字符串。

堆栈在现实生活中的应用

• CD/DVD 支架
• 书店里的书堆。
• 文本编辑器包含撤销和重做功能。
• Web 浏览器将其历史记录存储为项目堆栈。
• 作为堆栈，通话记录、电子邮件和 Google 图片也存储在任何图库中。
• YouTube 下载和通知也以 LIFO 格式显示（最新出现的先显示）。

堆栈的优点

• 堆栈有助于使用 LIFO 方法管理组织的数据。
• 堆栈用于有条理的内存管理系统。
• 许多虚拟机，包括 JVM，都使用它。
• 局部变量和其他函数参数在调用函数时放置在堆栈上，并在函数返回后立即删除。有效的函数管理是必要的。
• 堆栈更可靠、更安全，因为它们不易损坏。
• 可以通过堆栈控制内存的分配和释放。
• 堆栈会自动清理项目。

堆栈的缺点

• 堆栈内存容量有限。
• 首先，必须确定堆栈的总大小。
• 如果生成太多项目，可能会发生堆栈溢出。
• 在堆栈中，无法进行随机访问。
• 如果堆栈离开内存，可能会导致异常终止。

注意：要理解堆栈内存和堆内存之间的区别，我们需要更好地理解堆。

堆内存

每个程序在内存中都有一定数量的堆。与分配给堆栈的内存相比，分配给堆的内存可以动态分配。

因此，应用程序需要时，可以请求和释放堆片段。此外，由于此内存是全局的，因此它不受分配它的函数的限制，并且可以从程序中的任何位置进行访问和更新。指针用于引用动态分配的内存，与使用局部变量（在堆栈上）相比，这在一定程度上降低了速度。

局部堆栈内存与堆内存不同。它不仅在调用函数时变量的分配和释放方式不同，而且在函数终止时变量的释放方式也不同。它们正在构建的项的大小通常决定了此内存“块”的大小。

堆内存可用于解决以下问题

• 关于垃圾回收，这些是一些需要记住的重要概念。
• Java 虚拟机使用垃圾回收来删除不必要的堆内存项。活动 Java 程序不再使用的每个对象都会被删除。在此过程中，未使用的内存会释放出来供其他新对象使用。
• 在从内存中删除对象并给它一个被清理的机会之前，垃圾回收会调用该对象的 finalize() 方法。如果程序员没有覆盖此函数（在 Object 类中定义的函数），则会调用默认的 finalize 方法。
• 垃圾回收的启动取决于从堆中动态分配了多少内存。它缓慢且不可预测，对于有实时性能限制的程序来说尤其如此。它的速度很慢且不可预测。对于有实时性能限制的程序来说，它可能难以管理。

堆内存的缺点

• 它的执行速度比堆栈慢。
• 计算更耗时。
• 它可以提供操作系统能够提供的最大 RAM。
• 由于堆内存随处可用，内存管理更加困难。

堆栈和堆内存之间的重要区别

• 堆是层次数据结构，而堆栈是线性数据结构。
• 堆内存可能在内存块最初创建然后被释放时变得碎片化，而堆栈内存永远不会碎片化。
• 堆允许您全局访问变量，而堆栈仅提供对局部变量的访问。
• 堆变量可以扩大，但堆栈变量不能。
• 堆内存以任何随机顺序分配，而堆栈内存以一个连续的块分配。
• 堆栈不需要释放变量，但堆需要。
• 编译器指令处理堆栈的分配和释放，而程序员处理堆的分配和释放。

堆栈和堆内存的区别