巧用函数栈实现栈的反转

一、函数栈

函数的调用过程其实就是一个压栈的过程,在函数栈中,每个函数所占空间成为一个 栈帧。栈帧中保存着函数的形参,返回地址,局部变量,EBP等信息。一个栈帧可以理解为栈的一个元素,函数调用过程是压栈的过程,函数返回则可以简单理解为弹栈的过程。

二、函数栈与递归

栈是一种后进先出的数据结构,函数栈同理。不同的是,栈里面存储的是相同类型的数据,且数据之间相互独立,函数栈每一个栈帧空间内可以存储不同类型的数据,数据之间可以关联。递归的过程就是将相同的函数不断压栈的过程,它们一般操作这同一个数据结构,到达某一特定条件后返回(系统栈空间由操作系统分配,不可能无限大,所以递归调用容易造成栈溢出)。

三、递归实现栈反转

申请额外的数据结构可以很轻松地实现栈反转,但是函数栈本身也是一个栈,也可以当做一个数据结构来使用。

给定一个栈,要求不申请其他数据结构,实现栈的反转。

如给定栈[1, 2, 3] (栈顶到栈底)

返回[3, 2, 1]

这个问题需要两个函数辅助完成,第一个函数得到栈底元素并返回:

    int get(stack<int> &s)
    {
        int result = s.top();
        s.pop();
        if (s.empty()) {
            return result;
        } else {
            int last = get(s);
            s.push(result);
            return last;
        }
    }

以栈 [1, 2, 3] 为例分析此函数递归过程:

  1. 递归第一层, 得到栈顶元素1并保存在result中。
  2. 递归第二层,得到栈顶元素2并保存在result中。
  3. 递归第三层,得到栈顶元素3并保存到result中。此时栈s为空,函数将result返回。
  4. 函数返回第二层,将第三层返回的result保存到last中,并将第二层的result(值为2)压回栈s中,返回last 。
  5. 函数返回第一层,将第二层返回的last保存到第一层的last中,并将第一层的result(值为1)压栈,最后返回last。

第二个函数将get()函数的返回值压栈,最后取出的值最先压栈,按照get()函数的规则,最后取出的值为1,所以1最先压栈,3最后压栈。

    void reserve(stack<int> &s)
    {
        if (s.empty()) return;
        int i = get(s); 
        reserve(s);
        s.push(i);
    }

以栈 [1, 2, 3] 为例分析此函数递归过程:

  1. 递归第一层,调用get函数得到栈底元素3,保存到i中。
  2. 递归第二层,调用get函数得到栈底元素2,保存到i中。
  3. 递归第三层,调用get函数得到栈底元素1,保存到i中。
  4. 递归第四层,栈s为空,直接返回。
  5. 函数返回第三层,将元素1压栈。
  6. 函数返回第二层,将元素2压栈。
  7. 函数返回第一层,将元素3压栈。

由递归过程看出,栈[1, 2, 3] (栈顶到栈底)已经被反转为[3, 2, 1] (栈顶到栈底)。

这个方法的巧妙之处在于,利用函数栈来存储栈s中弹出的数据,从而避免了申请额外的数据结构。函数栈本身也是一种可利用的“数据结构”。这就好理解为什么可以用递归解决的问题都可以用迭代来解决了。

尽管如此,还是应该尽量少用递归解决问题,因为每一次函数调用都需要申请额外的栈帧空间,这会造成不小的系统开销。虽然函数栈也是可利用的数据结构,但是栈帧里面毕竟存储了太多函数执行过程中需要的信息,如返回地址,EBP等。对空间也是一种浪费。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 218,122评论 6 505
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 93,070评论 3 395
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 164,491评论 0 354
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,636评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,676评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,541评论 1 305
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,292评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,211评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,655评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,846评论 3 336
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,965评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,684评论 5 347
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,295评论 3 329
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,894评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,012评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,126评论 3 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,914评论 2 355