In dit artikel leren we u over de stapeldatastructuur, het gebruik ervan en de relatie ervan met andere datastructuren zoals wachtrijen. Daarnaast behandelen we verschillende soorten datastructuren en introduceren we het concept van een stapelcomputer.
Wat is een stapelgegevensstructuur?
Een stapel is een lineaire datastructuur die het Last In, First Out (LIFO)-principe volgt. Dit betekent dat het laatste element dat aan de stapel is toegevoegd, het eerste is dat wordt verwijderd. Zie het als een stapel borden: je legt nieuwe borden bovenaan en haalt ze er bovenaan weer af. De basisbewerkingen van een stapel omvatten:
- Push: Een element toevoegen aan de bovenkant van de stapel.
- Pop: Het element verwijderen van de bovenkant van de stapel.
- Peek/Top: Het element bovenaan bekijken zonder het te verwijderen.
- IsEmpty: Controleren of de stapel leeg is.
Stapels worden in veel computerprocessen gebruikt vanwege hun eenvoudige en efficiënte ontwerp.
Wat is het gebruik van een stapeldatastructuur?
Stapels worden veel gebruikt in verschillende rekenprocessen, waaronder:
- Functieoproepbeheer: In programmeertalen beheren stapels functieaanroepen, zodat de laatst aangeroepen functie de eerste is die wordt voltooid (LIFO). Dit staat bekend als de call-stack.
- Undo-mechanismen: Toepassingen met functionaliteit voor ongedaan maken/opnieuw uitvoeren gebruiken stapels om wijzigingen bij te houden. De meest recente actie wordt bovenaan opgeslagen en als je die actie ongedaan maakt, wordt deze van de stapel gehaald.
- Expressie-evaluatie: Stapels worden gebruikt om expressies in compilers te evalueren, met name bij het converteren van infix-expressies naar postfix of prefix en het evalueren ervan.
- Depth-First Search (DFS): Stapels worden gebruikt in DFS-algoritmen voor het doorkruisen van bomen en grafieken.
Wat zijn de soorten datastructuren?
Er zijn verschillende soorten datastructuren, die doorgaans in twee hoofdgroepen worden onderverdeeld:
- Lineaire gegevensstructuren:
- Arrays: reeksen elementen van hetzelfde type met een vaste grootte.
- Gekoppelde lijsten: een verzameling elementen (knooppunten), die elk naar de volgende verwijzen.
- Stacks: volgt LIFO voor het toevoegen en verwijderen van elementen.
- Wachtrijen: volgt First In, First Out (FIFO) voor elementbeheer.
- Niet-lineaire gegevensstructuren:
- Bomen: hiërarchische structuren bestaande uit knooppunten, met één wortel en meerdere kinderen.
- Grafiek: een verzameling knooppunten (hoekpunten) verbonden door randen, waardoor complexe relaties tussen elementen mogelijk zijn.
- Heaps: een gespecialiseerde boomgebaseerde datastructuur die voornamelijk wordt gebruikt in prioriteitswachtrijen.
Elk van deze datastructuren dient specifieke doeleinden en wordt geselecteerd op basis van het type bewerkingen dat door de toepassing wordt vereist.
Wat is een spanningsregelaar en waarvoor wordt deze gebruikt?
Wat is het gebruik van een wachtrijgegevensstructuur?
Een wachtrij is een andere lineaire datastructuur, maar volgt het First In, First Out (FIFO)-principe. Het eerste element dat aan de wachtrij wordt toegevoegd, zal het eerste zijn dat wordt verwijderd, net als een rij mensen die wachten op service. Hier volgen enkele veelvoorkomende toepassingen van wachtrijen:
- Taakplanning: wachtrijen beheren taken in besturingssystemen, waarbij processen worden gepland in de volgorde waarin ze aankomen.
- Breadth-First Search (BFS): Gebruikt in BFS-algoritmen voor het niveau voor niveau doorkruisen van grafieken of bomen.
- Asynchrone gegevensoverdracht: wachtrijen beheren asynchrone communicatie tussen systemen, zoals in netwerkdatapakketten of berichtenwachtrijen.
- Printerplanning: Taken die naar een printer worden verzonden, worden afgehandeld via een wachtrij, waarbij de eerste taak de eerste is die wordt afgedrukt.
Wat is een stapelcomputer?
Een stapelcomputer is een type computerarchitectuur dat een stapel gebruikt om zijn bewerkingen uit te voeren in plaats van registers (zoals bij traditionele CPU’s). In stack-gebaseerde computers:
- Bewerkingen Gebruik de stapel: Instructies werken rechtstreeks met de bovenkant van de stapel, waarbij waarden naar behoefte worden gepusht en geplunderd.
- Efficiënt geheugengebruik: Omdat de stapel wordt gebruikt voor tussentijdse berekeningen, zijn er minder registers nodig, waardoor stapelcomputers eenvoudiger van ontwerp worden.
- Geen behoefte aan expliciete adressering: de bovenste twee waarden op de stapel worden automatisch gebruikt bij bewerkingen, waardoor instructiesets kleiner en vaak sneller worden voor bepaalde taken.
Stapelcomputers waren van oudsher populair in bepaalde soorten systemen, vooral in vroege computerapparatuur.
We hopen dat deze uitleg u helpt bij het beter begrijpen van stapeldatastructuren, hun gebruik en hun relatie met andere datastructuren zoals wachtrijen. Het begrijpen van deze fundamentele concepten zal waardevol zijn als u meer geavanceerde computeronderwerpen onderzoekt.
