참고 영상: https://youtu.be/Nk_dGScimz8
스택이란?
스택과 큐는 우리의 상상 속에 존재하는 일종의 '규칙' 같은 것이다. 이를 추상 데이터 타입 (Abstact Data Type, ADT)이라고 부르며, 자료구조의 방법이 코드로 정의된 것이 아니라, 그 구조의 행동 양식만 정의되어 있는 것이다. 즉, ADT의 규칙만 이해한다면 우리는 코드로 직접 해당 자료구조를 구현할 수 있다.
스택의 사전적인 의미는 '더미, 쌓다'인데, 팬케이크가 쌓여 있는 모습을 상상하면 이해하기 쉽다. 우리는 보통 제일 위에 있는 팬케이크부터 먹어치우는데, 이와 마찬가지로 스택은 배열이 수직으로 쌓여 있는 것이라고 이해할 수 있다. 스택에서는 요소의 삽입 및 삭제가 자료구조의 맨 윗부분인 top에서만 일어난다. 가장 마지막에 쌓인 요소가 가장 먼저 나간다는 점에서 Last In First Out (LIFO, 후입선출) 이라고 불린다.
스택 ADT가 우리 생활에서 사용되는 대표적인 예시는 웹 사이트에서 뒤로가기 버튼을 누르거나, Ctrl+Z 단축키로 바로 이전 상태로 되돌리는 것이다.
배열로 구현
https://yoongrammer.tistory.com/48
스택에서 기본적으로 자주 사용되는 연산들을 배열로 구현해보자.
push: 스택의 top에 요소 삽입 (full인 경우, 배열 크기 2배로 늘리기)
pop: 스택의 top에 있는 요소 삭제하면서 그 값을 리턴 (삭제할 요소가 없으면 -1 리턴)
size: 스택에 들어있는 요소의 개수 리턴
isEmpty: 스택이 비어있는지 검사
isFull: 스택이 꽉 찼는지 검사
peek: 스택의 top에 있는 요소를 삭제하지는 않고 값만 리턴 (스택이 비어있으면 -1 리턴)
#include <iostream>
using namespace std;
template<class T>
class Stack {
private:
int top;
int capacity;
T* arr;
public:
// 생성자로 스택 초기화
Stack(int capacity) {
this->top = -1;
this->capacity = capacity;
this->arr = new T[capacity];
}
// 스택의 top에 요소 삽입 (가득 차면 배열 크기 2배로 늘리기)
void push(int data) {
if (isFull()) {
printf("Stack is full\n");
// 배열 크기 2배로 늘리기
capacity *= 2;
T* temp = new T[capacity];
// 원본 배열의 모든 내용을 임시 배열에 복사
for (int i = 0; i < size(); i++) {
temp[i] = arr[i];
}
// 크기가 늘어난 새로운 배열을 가리키게 한다.
arr = temp;
}
arr[++top] = data;
printf("push %d\n", data);
}
// 스택의 top 요소를 삭제하면서 그 값을 리턴 (비어있으면 -1 리턴)
int pop() {
if (isEmpty()) {
printf("Stack is empty\n");
return -1;
}
return arr[top--];
}
// 스택에 들어있는 원소의 개수 리턴
int size() {
return top + 1;
}
bool isEmpty() {
return (top == -1);
}
bool isFull() {
return (top == capacity - 1);
}
// 스택의 top 요소를 삭제하지는 않고 값만 리턴 (비어있으면 -1 리턴)
int peek() {
if (isEmpty()) return -1;
return arr[top];
}
~Stack() {
delete[] arr;
}
};
int main() {
Stack<int> stack(3);
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);
stack.push(4); // full (배열 크기 2배로 늘리고나서 push)
printf("pop %d\n", stack.pop());
return 0;
}출력 결과
push 1
push 2
push 3
Stack is full
push 4
pop 4
push를 하다가 스택이 가득 찼을 때 배열 크기를 2배로 늘리는데, 이때 기존 내용을 전부 복사해줘야 하므로 시간복잡도가 O(n)이 걸린다. 반면에, 연결리스트는 크기 제한이 없기 때문에 항상 O(1)의 시간복잡도로 새로운 요소를 삽입할 수 있다.
그렇지만 연결리스트가 항상 좋은 것은 아니다. 연결리스트의 각 노드는 데이터 값을 저장하는 '데이터 필드'와 다음 노드의 주소를 가리키는 '링크 필드'로 이루어져 있다. 다시 말해, 배열과 달리 다음 노드를 가리키는 포인터까지 저장을 해야 하기 때문에 각 노드마다 4바이트의 메모리 공간이 더 필요하다.
따라서 상황에 따라 배열과 연결리스트 중에 더 적절한 자료구조를 선택해야 한다.
연결리스트로 구현
연결리스트는 크기 제한이 없기 때문에 isFull 함수를 구현해줄 필요가 없다.
#include <iostream>
using namespace std;
template<class T>
class Node {
public:
T data;
Node<T>* link;
Node() : data(NULL), link(nullptr) {}
};
template<class T>
class LinkedListStack {
private:
Node<T>* top; // 스택의 top에 있는 노드를 가리키는 포인터
int count; // 스택에 들어있는 노드 개수 카운팅하는 변수
public:
LinkedListStack() {
top = nullptr;
count = 0;
}
// 스택의 top에 새로운 노드 삽입
void push(int data) {
Node<T>* newNode = new Node<T>;
newNode->data = data;
newNode->link = top;
top = newNode;
count++;
printf("push %d\n", data);
}
// 스택의 top 노드를 삭제하면서 데이터 값 리턴 (비어있으면 -1 리턴)
int pop() {
if (isEmpty()) {
printf("Stack is empty\n");
return -1;
}
count--;
Node<T>* temp = top;
T data = temp->data;
top = temp->link;
delete temp;
return data;
}
// 스택에 들어있는 원소의 개수 리턴
int size() {
return count;
}
bool isEmpty() {
return (top == nullptr);
}
// 스택의 top 요소를 삭제하지는 않고 값만 리턴 (비어있으면 -1 리턴)
int peek() {
if (isEmpty()) return -1;
return top->data;
}
};
int main() {
LinkedListStack<int> s;
s.push(1);
s.push(2);
s.push(3);
s.push(4);
printf("size: %d\n", s.size());
printf("pop %d\n", s.pop());
printf("pop %d\n", s.pop());
printf("pop %d\n", s.pop());
printf("pop %d\n", s.pop());
printf("size: %d\n", s.size()); // empty
return 0;
}출력 결과
push 1
push 2
push 3
push 4
size: 4
pop 4
pop 3
pop 2
pop 1
size: 0
스택이 비어있는데 top()이나 pop() 함수를 호출하면 런타임 에러가 발생하니 주의해야 한다.
백준 10828번
https://www.acmicpc.net/problem/10828
문제
정수를 저장하는 스택을 구현한 다음, 입력으로 주어지는 명령을 처리하는 프로그램을 작성하시오.
명령은 총 다섯 가지이다.
push X: 정수 X를 스택에 넣는 연산이다.
pop: 스택에서 가장 위에 있는 정수를 빼고, 그 수를 출력한다. 만약 스택에 들어있는 정수가 없는 경우에는 -1을 출력한다.
size: 스택에 들어있는 정수의 개수를 출력한다.
empty: 스택이 비어있으면 1, 아니면 0을 출력한다.
top: 스택의 가장 위에 있는 정수를 출력한다. 만약 스택에 들어있는 정수가 없는 경우에는 -1을 출력한다.
입력
첫째 줄에 주어지는 명령의 수 N (1 ≤ N ≤ 10,000)이 주어진다. 둘째 줄부터 N개의 줄에는 명령이 하나씩 주어진다. 주어지는 정수는 1보다 크거나 같고, 100,000보다 작거나 같다. 문제에 나와있지 않은 명령이 주어지는 경우는 없다.
출력
출력해야 하는 명령이 주어질 때마다, 한 줄에 하나씩 출력한다.
예제
답안
C++의 STL에서 제공하는 stack 컨테이너를 사용해보자.
#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
stack<int> s;
int n;
cin >> n; // 명령어의 개수
string str;
for (int i = 0; i < n; i++){
// cin은 공백을 만나면 더이상 입력X (한 줄 전체 입력은 getline)
cin >> str;
if (str == "push") {
int val;
cin >> val;
s.push(val);
}
else if (str == "pop") {
if (!s.empty()) {
printf("%d\n", s.top());
s.pop();
}
else {
printf("-1\n");
}
}
else if (str == "size") {
printf("%d\n", s.size());
}
else if (str == "empty") {
printf("%d\n", s.empty());
}
else if (str == "top") {
if (!s.empty())
printf("%d\n", s.top());
else
printf("-1\n");
}
}
return 0;
}
