โครงสร้างข้อมูลแบบสแตก

                โครงสร้างแบบอาร์เรย์และลิงค์ลิสท์ เป็นโครงสร้างที่เราสามารถแทรกหรือลบอิลิเมนท์ในตำแหน่งใดๆ ของรายการได้ตามต้องการ แต่มีการใช้งานหลายอย่างที่เราต้องการเฉพาะการแทรกหรือการลบข้อมูลในตำแหน่งสุดท้ายเท่านั้น ซึ่งโครงสร้างข้อมูลที่ใช้ในงานลักษณะนี้ คือ โครงสร้างสแตก

โครงสร้างข้อมูลแบบสแตก (Stack)

                สแตกเป็นโครงสร้างข้อมูลที่ถูกกล่าวถึงมากโครงสร้างหนึ่ง ซึ่งมักจะใช้เป็นประโยชน์ในการอินเตอร์รัพต์  การกระโดดไปมาระหว่างโปรแกรมย่อย การเขียนโปรแกรมแบบเรียกใช้ตัวเอง (recursive) นอกจากนั้นแล้วโครงสร้างข้อมูลชนิดนี้มักจะใช้ช่วยในการเข้าไปในโครงสร้างแบบพิเศษ เช่น เครือข่าย หรือต้นไม้ โดยจะช่วยในการจำเส้นทาง และงานที่เรานำโครงสร้างแบบสแตกแล้วเราพบเห็นบ่อยๆ คือ การยกเลิกคำสั่ง (Undo) ในไมโครซอฟท์เวิร์ด

                สแตกเป็นโครงสร้างแบบเชิงเส้น ที่มีลักษณะที่ว่า การนำข้อมูลเข้าสู่สแตก (insertion) และการนำข้อมูลออกจากสแตก (deletion) สามารถจะทำได้ที่ปลายด้านหนึ่งของลิสท์ที่แทนสแตกเท่านั้น ดังนั้นอันดับของการนำสมาชิกเข้าและออกจากสแตกมีความสำคัญ คือ สมาชิกที่เข้าไปอยู่ในสแตกก่อนจะออกจากสแตกหลังสมาชิกที่เข้าไปใน สแตกทีหลัง นั่นคือ การเข้าทีหลังออกก่อน จึงเรียกลักษณะแบบนี้ว่า LIFO (Last  In  First  Out) 

                สแตกประกอบด้วยส่วนสำคัญ ๆ 2 ส่วน คือ                     

                1. ตัวชี้สแตก หรือ Stack Pointer   ซึ่งเป็นตัวควบคุมการนำสมาชิกเข้า  หรือออกจากสแตก  เป็นตัวใช้บอกว่าสแตกนั้นเต็มหรือยัง

                2. ส่วนสมาชิกของสแตก หรือจะเรียกอีกอย่างว่า Stack Element สมาชิกของสแตกนี้จะเป็นข้อมูลชนิดเดียวกันทั้งหมด

การสร้างสแตก

                ในการแทนโครงสร้างข้อมูลแบบสแตกจะใช้โครงสร้างข้อมูลแบบอาร์เรย์ หรือ ลิงค์ลิสท์ก็ได้ ทั้งนี้แล้วแต่ความเหมาะสมในการนำไปใช้ในการทำงาน ถ้าใช้การแทนที่ข้อมูลของสแตกด้วยอาร์เรย์ซึ่งเป็นการจัดสรรเนื้อที่หน่วยความจำแบบสแตติก ก็จะต้องมีการกำหนดขนาดของสแตกล่วงหน้าว่าจะมีขนาดเท่าใด แต่ถ้าเลือกการแทนที่ข้อมูลของสแตกด้วยลิงค์ลิสต์ซึ่งเป็นการจัดสรรเนื้อที่หน่วยความจำแบบไดนามิก สแตกจะไม่มีวันเต็มตราบใดที่ยังมีเนื้อที่ในหน่วยความจำ นั้นคือ หน่วยความจำจะถูกจัดสรรเมื่อมีการขอใช้จริงๆ ระหว่างการประมวลผลโปรแกรมผ่านตัวแปรชนิด pointer แต่ในที่นี้จะกำหนดให้ตัวสแตกเป็นแบบอาร์เรย์

                นอกจากตัวสแตกเองแล้ว ในการทำงานกับสแตกยังต้องกำหนดตัวแปรเพิ่มอีกหนึ่งตัวเพื่อเก็บตัวชี้สแตก (Stack Pointer) โดยเริ่มแรกในขณะที่สแตกยังไม่มีข้อมูล ตัวชี้สแตกก็จะชี้ที่ 0 (ยังไม่ได้ชี้ที่ช่องใดๆ ในสแตก)

การดำเนินงาน

                ทำงานกับโครงสร้างข้อมูลแบบสแตกได้แก่ การ PUSH และการ POP

                การ PUSH

                เป็นการกระทำหรือการทำงานของสแตกที่นำข้อมูลเข้าสู่สแตก โดยก่อนที่จะนำข้อมูลเข้านั้น จะต้องมีการจัดการให้ตัวชี้สแตกชี้ไปยังช่องหรือตำแหน่งต่อไปของส่วนของตัวสแตกก่อน ซึ่งเป็นช่องหรือตำแหน่งที่ว่างอยู่ไม่มีข้อมูล แล้วจึงค่อยทำการ PUSH ข้อมูลลงสู่สแตกในตำแหน่งที่ตัวชี้สแตกชี้อยู่

                ในกรณีที่ PUSH ข้อมูลลงสู่สแตก จนตัวชี้สแตกเท่ากับจำนวนช่องของสแตกแล้ว จะไม่สามารถทำการ PUSH ข้อมูลลงสแตกได้อีก เนื่องจากตัวชี้สแตกไม่สามารถที่จะขยับไปยังช่องต่อไปได้ จะเกิด Error ที่เรียกว่า  Stack Overflow

ALGORITHM  PUSH  

เพื่อใช้ในการแทรกข้อมูล  x  เข้า Stack โดยที่

        TOP     แทน       ตัวชี้สแตก

        N           แทน       จำนวนช่องของสแตก

        X           แทน       ข้อมูล

        ST        แทน       สแตก

1.    [ ตรวจสอบ Overflow  ]

        IF  TOP   >=   N   THEN

                PRINT  “ STACK OVERFLOW “

                EXIT

        ENDIF

2.    [ เพิ่มค่า Stack Pointer  ]

        TOP  =  TOP  +  1

3.    [  แทรกข้อมูลเข้า Stack  ]

        ST (TOP)    =   X

4.    [  จบการทำงาน  ]

        EXIT

                การ POP 

                เป็นการกระทำหรือการทำงานของสแตกที่นำข้อมูลที่เก็บอยู่ในสแตกออกจากสแตกมาใช้งาน โดยการ POP นี้ เมื่อทำการ POP ข้อมูลนั้นออกจากสแตกแล้ว จะต้องมีการจัดการให้ตัวชี้สแตกชี้ไปยังช่องหรือตำแหน่งก่อนหน้าข้อมูลที่ได้ทำการ POP ข้อมูลออกไป

                การ POP ข้อมูลนี้จะทำการนำข้อมูลในส่วนบนสุดของสแตกออกไปทำงานตามต้องการ แต่การ POP ข้อมูลนี้จะไม่สามารถ POP ข้อมูลออกจากสแตกที่ว่างเปล่าหรือไม่มีข้อมูลได้ ถ้าเราพยายาม POP ข้อมูลออกจากสแตกที่ว่างเปล่า จะเกิด Error ที่เรียกว่า  Stack Underflow

ALGORITHM  POP  

เพื่อใช้ในการลบข้อมูล  x  จาก Stack โดยที่

        TOP       แทน       ตัวชี้สแตก

        N             แทน       จำนวนช่องของสแตก

        Y             แทน       ข้อมูล

        ST          แทน       สแตก

1.    [ ตรวจสอบ Underflow  ]

        IF  TOP   <=   0   THEN

                PRINT  “ STACK UNDERFLOW “

                EXIT

        ENDIF

2.    [  นำข้อมูลที่ต้องการออกจาก Stack  เก็บไว้ที่  Y ]

        Y   =   ST (TOP)

3.    [ ลดค่า Stack Pointer  ]

        TOP  =  TOP  -  1

4.    [  จบการทำงาน  ]

        EXIT

เปรียบเทียบประสิทธิภาพของการสร้างสแตกด้วยอะเรย์และลิงค์ลิสต์

การเลือกการแทนที่ข้อมูลสแตกด้วยอะเรย์ มีข้อจำกัดสำหรับขนาดของสแตกและจะต้องจองเนื้อที่เท่ากับขนาดที่ใหญ่ที่สุดของสแตกไว้เลย เพราะเป็นการจัดสรรเนื้อที่ในหน่วยความจำแบบสแตติก ส่วนการเลือกการแทนที่ข้อมูลสแตกด้วยลิงค์ลิสต์ ไม่มีข้อจำกัดของขนาดของสแตกและหน่วยความจำจะถูกใช้ก็ต่อเมื่อมีข้อมูลจริงๆ แล้วเท่านั้น เพราะเป็นการจัดสรรเนื้อที่หน่วยความจำแบบไดนามิก ซึ่งทำให้ประหยัดเนื้อที่ในหน่วยความจำมากกว่า แต่การเขียนโค้ดสำหรับการแทนที่ข้อมูลสแตกด้วยอะเรย์ง่ายกว่าการแทนที่ข้อมูลด้วยลิงค์ลิสต์

รูปตัวอย่าง