python面试题2.1：如何实现栈

本题目摘自《Python程序员面试算法宝典》，我会每天做一道这本书上的题目，并分享出来，统一放在我博客内，收集在一个分类中。

2.1 如何实现栈

【阿里巴巴面试题】

难度系数：⭐⭐⭐
考察频率：⭐⭐⭐⭐

题目描述：

实现一个栈的数据结构，使其具有以下方法：压栈、弹栈、取栈顶元素、判断栈是否为空以及获取栈中元素个数。

解答

方法一 ： 数组（列表）实现
采用数组（列表）实现栈的时候，栈空间是一段连续的空间。

class Stack:
    def __init__(self, maxsize):
        self.maxsize = maxsize
        self.data_list = [None] * self.maxsize
        self.top = 0

    def is_empty(self):  # 判断是否为空
        return self.top == 0

    def in_stack(self, value):  # 压栈
        if self.top < self.maxsize:
            self.data_list[self.top] = value
            self.top += 1
        else:
            raise Exception("栈已满")

    def pop(self):  # 弹栈
        if self.is_empty():
            return None
        self.top -= 1
        return self.data_list[self.top]

    def get_top(self):  # 取栈顶元素
        if self.is_empty():
            return
        return self.data_list[self.top-1]

    def get_count(self):  # 获取栈中元素
        return self.top

方法二 ：链表实现
在创建链表的时候经常采用一种从头结点插入新结点的方法。可以采用这种方法来实现栈。

class Stack:
    def __init__(self, maxsize):
        self.maxsize = maxsize
        self.data_list = [None] * self.maxsize
        self.top = 0

    def is_empty(self):  # 判断是否为空
        return self.top == 0

    def in_stack(self, value):  # 压栈
        if self.top < self.maxsize:
            self.data_list[self.top] = value
            self.top += 1
        else:
            raise Exception("栈已满")

    def pop(self):  # 弹栈
        if self.is_empty():
            return None
        self.top -= 1
        return self.data_list[self.top]

    def get_top(self):  # 取栈顶元素
        if self.is_empty():
            return
        return self.data_list[self.top-1]

    def get_count(self):  # 获取栈中元素
        return self.top

两种方法对比：
采用数组（列表）实现栈的优点是：一个元素值占用一个存储空间；它的缺点是：如果初始化申请的存储空间太大，会造成空间的浪费，如果申请的空间小，后期会经常需要扩充存储空间，扩充存储空间是个费时的操作，这样会造成性能下降。
采用链表实现栈的优点是：使用灵活方便，只有在需要的时候才会申请空间。它的缺点是：除了要存储元素外，还需要额外的存储空间存储指针信息。
算法性能分析：
这两种方法压栈和弹栈的时间复杂度都是O(1)。

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