สแตก(Stack) คืออะไร
ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับสแตก
โครงสร้างข้อมูลที่สำคัญและมีลักษณะเรียบง่ายซึ่งใช้แถวลำดับเป็นโครงสร้างสำหรับเก็บข้อมูลพื้นฐานได้แก่สแตก เพราะภาษาคอมพิวเตอร์ส่วนมากกำหนดชนิดแถวลำดับไว้ล่วงหน้าและการทำงานของแถวลำดับสะดวกและเรียบง่าย
สแตกเป็นโครงสร้างข้อมูลแบบลิเนียร์ลิสต์(linear list) ที่สามารถนำข้อมูลเข้าหรือออกได้ทางเดียวคือส่วนบนของสแตกหรือ หรือเรียกว่า ท๊อปของสแตก (Top Of Stack) ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวเรียกว่า ไลโฟลิสต์ (LIFO list: Last-In-First-Out list) หรือ พูชดาวน์ลิสต์ (Pushdown List) คือสมาชิกที่เข้าลิสต์ที่หลังสุดจะได้ออกจากลิสต์ก่อน หรือ เข้าหลังออกก่อน การเพิ่มข้อมูลเข้าสแตกจะเรียกว่าพูชชิ่ง (pushing) การนำข้อมูลจากสแตกเรียกว่า ป๊อปปิ้ง (poping) การเพิ่มหรือลบข้อมูลในสแตกทำที่ท๊อปของสแตก ท๊อปของสแตกนี้เองเป็นตัวชี้สมาชิกตัวท้ายสุดของสแตก
ตัวอย่างการทำงานแบบโครงสร้างข้อมูลแบบสแตกที่สามารถเห็นได้ในชีวิตประจำวันทั่วไปได้แก่ การวางจานซ้อนกันต้องวางจานลงบนกล่องเก็บจานจากล่างสุดที่ละใบ และสามารถใส่ได้จนเต็มกล่อง และเมื่อมีการวางจานจนเต็มกล่องแล้วจะไม่สามารถวางจานซ้อนได้อีกเพราะกล่องมีสภาพเต็ม แต่เมื่อเราจะหยิบจานไปใช้ เราต้องหยิบใบบนสุด ซึ่งเป็นจานที่ถูกวางเก็บเป็นอันดับสุดท้ายออกได้เป็นใบแรก และสามารถหยิบออกที่ละใบจากบนสุดเสมอ ส่วนจานที่ถูกวางเก็บเป็นใบแรก จะนำไปใช้ได้ก็ต่อเมื่อนำจานที่วางทับมันอยู่ออกไปใช้เสียก่อน และจะหยิบออกไปใช้เป็นใบสุดท้ายดังรูปข้างล่าง
โครงสร้างข้อมูลที่สำคัญและมีลักษณะเรียบง่ายซึ่งใช้แถวลำดับเป็นโครงสร้างสำหรับเก็บข้อมูลพื้นฐานได้แก่สแตก เพราะภาษาคอมพิวเตอร์ส่วนมากกำหนดชนิดแถวลำดับไว้ล่วงหน้าและการทำงานของแถวลำดับสะดวกและเรียบง่าย
สแตกเป็นโครงสร้างข้อมูลแบบลิเนียร์ลิสต์(linear list) ที่สามารถนำข้อมูลเข้าหรือออกได้ทางเดียวคือส่วนบนของสแตกหรือ หรือเรียกว่า ท๊อปของสแตก (Top Of Stack) ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวเรียกว่า ไลโฟลิสต์ (LIFO list: Last-In-First-Out list) หรือ พูชดาวน์ลิสต์ (Pushdown List) คือสมาชิกที่เข้าลิสต์ที่หลังสุดจะได้ออกจากลิสต์ก่อน หรือ เข้าหลังออกก่อน การเพิ่มข้อมูลเข้าสแตกจะเรียกว่าพูชชิ่ง (pushing) การนำข้อมูลจากสแตกเรียกว่า ป๊อปปิ้ง (poping) การเพิ่มหรือลบข้อมูลในสแตกทำที่ท๊อปของสแตก ท๊อปของสแตกนี้เองเป็นตัวชี้สมาชิกตัวท้ายสุดของสแตก
ตัวอย่างการทำงานแบบโครงสร้างข้อมูลแบบสแตกที่สามารถเห็นได้ในชีวิตประจำวันทั่วไปได้แก่ การวางจานซ้อนกันต้องวางจานลงบนกล่องเก็บจานจากล่างสุดที่ละใบ และสามารถใส่ได้จนเต็มกล่อง และเมื่อมีการวางจานจนเต็มกล่องแล้วจะไม่สามารถวางจานซ้อนได้อีกเพราะกล่องมีสภาพเต็ม แต่เมื่อเราจะหยิบจานไปใช้ เราต้องหยิบใบบนสุด ซึ่งเป็นจานที่ถูกวางเก็บเป็นอันดับสุดท้ายออกได้เป็นใบแรก และสามารถหยิบออกที่ละใบจากบนสุดเสมอ ส่วนจานที่ถูกวางเก็บเป็นใบแรก จะนำไปใช้ได้ก็ต่อเมื่อนำจานที่วางทับมันอยู่ออกไปใช้เสียก่อน และจะหยิบออกไปใช้เป็นใบสุดท้ายดังรูปข้างล่าง
ส่วนประกอบของสแตก
การนำสแตกไปใช้งานนั้นไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างสแตกแบบแถวลำดับ(array)หรือ แบบลิงค์ลิสต์ (link list) เราจะมีตัวแปรตัวหนึ่งที่ใช้เป็นตัวชี้สแตก(stack pointer ) เพื่อเป็นตัวชี้ข้อมูลที่อยู่บนสุดของสแตก ซึ่งจะทำให้สามารถจัดการข้อมูล ที่จะเก็บในสแตกได้ง่าย ดังนั้นโครงสร้างข้อมูลแบบสแตกจะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนที่สำคัญ คือ
1. ตัวชี้สแตก ( Stack Pointer ) ซึ่งมีหน้าที่ชี้ไปยังข้อมูลที่อยู่บนสุดของ สแตก ( Top stack )
2. สมาชิกของสแตก ( Stack Element ) เป็นข้อมูลที่จะเก็บลงไปในสแตก ซึ่งจะต้องเป็นข้อมูลชนิดเดียวกัน เช่น ข้อมูลชนิดจำนวนเต็ม เป็นต้น
นอกจากนี้ยังต้องมีตัวกำหนดค่าสูงสุดของสแตก ( Max Stack ) ซึ่งจะเป็นตัวบอกว่าสแตกนี้สามารถเก็บ จำนวนข้อมูลได้มากที่สุดเท่าไร เปรียบเทียบส่วนประกอบของสแตกได้กับการให้ สแตกเป็นกระป๋องเก็บลูกเทนนิส ส่วน Stack Elements หรือสมาชิกของสแตก คือ ลูกเทนนิส ส่วนตัวชี้สแตกเป็นตัวบอกว่าขณะนี้มีลูกเทนนิสอยู่ในกระป๋องกี่ลูก ส่วน Max Stack เป็นตัวบอกว่า กระป๋องนี้เก็บลูกเทนนิสได้มากที่สุดเท่าไร
การจัดการ กับสแตก
ในการทำงานของสแตก ประกอบด้วย 2 กระบวนการ คือ การเพิ่มข้อมูลลงบนสแตก (pushing stack) และ การดึงข้อมูลออกจากสแตก (poping stack)
1. การเพิ่มข้อมูลในสแตก (pushing stack) เป็นการนำข้อมูลเข้าสู่สแตก ซึ่งการกระทำเช่นนี้ เราเรียกว่า push ซึ่งโดยปกติก่อนที่จะนำข้อมูลเก็บลงในสแตกจะต้องมีการตรวจสอบพื้นที่ในสแตกก่อน ว่ามีที่เหลือว่างให้เก็บข้อมูลได้อีกหรือไม่
ในการเพิ่มข้อมูลในสแตก (pushing) สามารถทำได้โดยให้ทับบนข้อมูลสุดท้ายในสแตก และจะสามารถเพิ่มเข้าได้เรื่อย ๆ จนกว่าสแตกจะเต็ม ความหมายของคำว่า สแตกเต็ม คือท๊อปของ สแตกชี้ที่บนสุดของสแตก เช่น ถ้า สแตกนั้นจองเนื้อที่ไว้ N เนื้อที่ หมายถึงสามารถบรรจุสมาชิกในสแตกได้ N ตัว หากเป็นสแตกว่าง ค่าของท๊อปจะเป็นศูนย์ แต่หากสแตกเต็ม ค่าท๊อปจะเป็น N นั้นแสดงว่าเมื่อท๊อปชี้ที่ N หรือค่าของท๊อป เท่ากับ N ก็จะไม่สามารถ push ข้อมูลลง สแตกได้อีกดังรูป
การนำสแตกไปใช้งานนั้นไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างสแตกแบบแถวลำดับ(array)หรือ แบบลิงค์ลิสต์ (link list) เราจะมีตัวแปรตัวหนึ่งที่ใช้เป็นตัวชี้สแตก(stack pointer ) เพื่อเป็นตัวชี้ข้อมูลที่อยู่บนสุดของสแตก ซึ่งจะทำให้สามารถจัดการข้อมูล ที่จะเก็บในสแตกได้ง่าย ดังนั้นโครงสร้างข้อมูลแบบสแตกจะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนที่สำคัญ คือ
1. ตัวชี้สแตก ( Stack Pointer ) ซึ่งมีหน้าที่ชี้ไปยังข้อมูลที่อยู่บนสุดของ สแตก ( Top stack )
2. สมาชิกของสแตก ( Stack Element ) เป็นข้อมูลที่จะเก็บลงไปในสแตก ซึ่งจะต้องเป็นข้อมูลชนิดเดียวกัน เช่น ข้อมูลชนิดจำนวนเต็ม เป็นต้น
นอกจากนี้ยังต้องมีตัวกำหนดค่าสูงสุดของสแตก ( Max Stack ) ซึ่งจะเป็นตัวบอกว่าสแตกนี้สามารถเก็บ จำนวนข้อมูลได้มากที่สุดเท่าไร เปรียบเทียบส่วนประกอบของสแตกได้กับการให้ สแตกเป็นกระป๋องเก็บลูกเทนนิส ส่วน Stack Elements หรือสมาชิกของสแตก คือ ลูกเทนนิส ส่วนตัวชี้สแตกเป็นตัวบอกว่าขณะนี้มีลูกเทนนิสอยู่ในกระป๋องกี่ลูก ส่วน Max Stack เป็นตัวบอกว่า กระป๋องนี้เก็บลูกเทนนิสได้มากที่สุดเท่าไร
การจัดการ กับสแตก
ในการทำงานของสแตก ประกอบด้วย 2 กระบวนการ คือ การเพิ่มข้อมูลลงบนสแตก (pushing stack) และ การดึงข้อมูลออกจากสแตก (poping stack)
1. การเพิ่มข้อมูลในสแตก (pushing stack) เป็นการนำข้อมูลเข้าสู่สแตก ซึ่งการกระทำเช่นนี้ เราเรียกว่า push ซึ่งโดยปกติก่อนที่จะนำข้อมูลเก็บลงในสแตกจะต้องมีการตรวจสอบพื้นที่ในสแตกก่อน ว่ามีที่เหลือว่างให้เก็บข้อมูลได้อีกหรือไม่
ในการเพิ่มข้อมูลในสแตก (pushing) สามารถทำได้โดยให้ทับบนข้อมูลสุดท้ายในสแตก และจะสามารถเพิ่มเข้าได้เรื่อย ๆ จนกว่าสแตกจะเต็ม ความหมายของคำว่า สแตกเต็ม คือท๊อปของ สแตกชี้ที่บนสุดของสแตก เช่น ถ้า สแตกนั้นจองเนื้อที่ไว้ N เนื้อที่ หมายถึงสามารถบรรจุสมาชิกในสแตกได้ N ตัว หากเป็นสแตกว่าง ค่าของท๊อปจะเป็นศูนย์ แต่หากสแตกเต็ม ค่าท๊อปจะเป็น N นั้นแสดงว่าเมื่อท๊อปชี้ที่ N หรือค่าของท๊อป เท่ากับ N ก็จะไม่สามารถ push ข้อมูลลง สแตกได้อีกดังรูป
นิยาม Push (S,x)
ถ้าให้ S เป็นสแตก และ x เป็นข้อมูลที่ต้องการใส่ในสแตก หรือดึงออกสแตก กระบวนการ push (S, x ) หมายถึง การ push ข้อมูล x ลงสแตก โดยการ push จะเริ่มจากสแตกว่างโดยให้ค่า ท๊อปมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อมีการ push ข้อมูลเข้าในสแตก ค่า ของท๊อปจะเปลี่ยนเพิ่มขึ้นทีละหนึ่งทุกครั้งที่ทำการ push โดยสามารถเขียนขั้นตอนวิธีการ push และ procedure push ในภาษา pascal ได้ดังนี้
Algorithm pushStack (val stack ,
val data
Insert (push) one item into the stack.
Pre stack is pointer to the stack head structure
data contains data to be pushed into stack
Post data have been pushed in stack
Return if successful; false if memory overflow
1 if (stack full)
success = false
2 else
a. allocate (newptr)
b. newptr -> data = data
c. newptr -> next = stack -> top
d. stack -> top = newptr
e. stack -> count = stack -> count +1
f. success = ture
3 return success
end pushstack
Procedure push(var S: stack; x : itemtype);
Begin
If ( top > = upperbound) then Writeln ('Stack Full')
else
Begin
Top := top +1;
S[top] := x;
End;
End;
2. การดึงข้อมูลจากสแตก (Popping Stack) หมายถึงการเอาข้อมูลที่อยู่บนสุดในสแตก หรือที่ชี้ด้วย ท๊อปออกจากสแตก เรียกว่าการ pop ในการpop นั้นเราจะสามารถ pop ข้อมูลจากสแตกได้เรื่อย ๆ จนกว่า ข้อมูลจะหมดสแตก หรือ เป็นสแตกว่าง โดยก่อนที่จะนำข้อมูลออกจากสแตก จะต้องมีการตรวจสอบว่าใน สแตกมีข้อมูลเก็บ อยู่หรือไม่
