Что такое стек в контексте программирования и как он применяется в разработке программного обеспечения?

В контексте программирования стек (Stack) — это абстрактный тип данных, действующий по принципу LIFO (Last-In, First-Out, "последним пришел — первым вышел").

Основные операции:

• Push: Добавление элемента на вершину стека.
• Pop: Удаление и возвращение элемента с вершины стека.
• Top/Peek: Возвращение элемента с вершины стека без его удаления.
• IsEmpty: Проверка, пуст ли стек.

Применение в разработке ПО:

• Выполнение функций: Стек вызовов (Call Stack) используется для управления вызовами функций. При вызове функции ее параметры, локальные переменные и адрес возврата помещаются в стек. При завершении функции эти данные извлекаются.
• Обработка выражений: Используется при парсинге и вычислении арифметических выражений, например, для преобразования инфиксной нотации в постфиксную (обратная польская запись) и ее последующего вычисления.
• Отмена действий (Undo/Redo): В текстовых редакторах и других приложениях стек может хранить последовательность изменений для реализации функций отмены и повтора.
• Обход графов/деревьев: При реализации некоторых алгоритмов обхода (например, поиск в глубину — DFS) используется стек для хранения вершин, которые нужно посетить.
• Управление памятью: Локальные переменные внутри функций обычно размещаются в стековой памяти.
• Обработка рекурсии: Рекурсивные вызовы функций внутренне используют стек вызовов для хранения состояния каждого вызова.

Пример использования стека для проверки сбалансированности скобок в строке:

def is_balanced(expression):
    stack = []
    mapping = {")": "(", "}": "{", "]": "["}
    for char in expression:
        if char in mapping.values():  # Открывающая скобка
            stack.append(char)
        elif char in mapping.keys():  # Закрывающая скобка
            if not stack or mapping[char] != stack.pop(): # Стек пустой или несовпадение
                return False
    return not stack # Стек должен быть пустым в конце