Что такое стек

Стек и особенности его работы

Перейдя к компьютерной терминологии, скажем, что стек — это область оперативной памяти, создаваемая для каждого потока. И последний добавленный в стек кусочек памяти и будет первым в очереди, то есть первым на вывод из стека. И каждый раз, когда функцией объявляется переменная, она, прежде всего, добавляется в стек. А когда данная переменная пропадает из нашей области видимости (к примеру, функция заканчивается), эта самая переменная автоматически удаляется из стека. При этом если стековая переменная освобождается, то и область памяти, в свою очередь, становится доступной и свободной для других стековых переменных.

Благодаря природе, которую имеет стек, управление памятью становится весьма простым и логичным для выполнения на центральном процессоре. Это повышает скорость и быстродействие ЦП, и в особенности такое происходит потому, что время цикла обновления байта весьма незначительно (данный байт, скорее всего, привязан к кэшу центрального процессора).

Тем не менее у данной довольно строгой формы управления имеются и свои недостатки. Например, размер стека — это величина фиксированная, в результате чего при превышении лимита памяти, выделенной на стеке, произойдёт переполнение стека. Как правило, размер задаётся во время создания потока, плюс у каждой переменной имеется максимальный размер, который зависит от типа данных. Всё это позволяет ограничивать размеры некоторых переменных (допустим, целочисленных).

Кроме того, это вынуждает объявлять размер более сложных типов данных (к примеру, массивов) заранее, так как стек не позволит потом изменить его. Вдобавок ко всему, переменные, которые расположены на стеке, являются всегда локальными.

Свойства стека

Стек — это не абстрактный тип данных, а реальный механизм. На уровне процессора — это «движок», который уточняет и дополняет работу основного цикла процессора. Как битовая арифметика, стек фиксирует простые и очевидные правила работы. Это надежно и безопасно.

Характерные свойства стека — это его размер и длина элементов. На уровне процессора все определяется разрядностью, адресацией памяти и физикой доступа к ней. Интересная особенность и традиция: стек растет вниз, то есть в сторону уменьшения адресов памяти, а память программ и данных — вверх. Это обычно, но не обязательно. Здесь важен смысл — пришел последним, а ушел первым. Это удивительно простое правило позволяет строить интересные алгоритмы работы прежде всего на языках высокого уровня. Теперь вы не будете спрашивать, стек — что это такое.

Безукоризненная работа аппаратного обеспечения уже очень давно является нормой, но на передовом крае информационных технологий идея стека обретает новые и перспективные применения.

По сути не важно, что такое стек на уровне процессора. Это естественная составляющая архитектуры компьютера

Но в программировании стек зависит от конкретного применения и способностей программиста.

Суть и понятие стека

Процессор и память — основные конструктивные элементы компьютера. Процессор исполняет команды, манипулирует адресами памяти, извлекает и изменяет значения по этим адресам. На языке программирования все это трансформируется в переменные и их значения. Суть стека и понятие last in first out (LIFO) остается неизменным.

Аббревиатура LIFO уже не используется так часто, как раньше. Вероятно потому, что списки трансформировались в объекты, а очереди first in first out (FIFO) применяются по мере необходимости. Динамика типов данных потеряла свою актуальность в контексте описания переменных, но приобрела свою значимость на момент исполнения выражений: тип данного определяется в момент его использования, а до этого момента можно описывать что угодно и как угодно.

Так, стек — что это такое? Теперь вы знаете, что это вопрос неуместный. Ведь без стека нет современного программирования. Любой вызов функции — это передача параметров и адреса возврата. Функция может вызвать другую функцию — это опять передача параметров и адреса возврата. Наладить механизм вызова значений без стека — это лишняя работа, хотя достижимое решение, безусловно, возможное.

Многие спрашивают: «Стек — что это такое?». В контексте вызова функции он состоит из трех действий:

• сохранения адреса возврата;
• сохранения всех передаваемых переменных или адреса на них;
• вызова функции.

Как только вызванная функция исполнит свою миссию, она просто вернет управление по адресу возврата. Функция может вызывать любое количество других функций, так как ограничение накладывается только размером стека.

Для чего нужен стек?

Главное предназначение стека — решение типовых задач, предусматривающих поддержку последовательности состояний или связанных с инверсионным представлением данных. В компьютерной отрасли стек применяется в аппаратных устройствах (например, в центральном процессоре, как уже было упомянуто выше).

Практически каждый, кто занимался программированием, знает, что без стека невозможна рекурсия, так как при любом повторном входе в функцию требуется сохранение текущего состояния на вершине, причём при каждом выходе из функции, нужно быстро восстанавливать это состояние (как раз наша последовательность LIFO).

Если же копнуть глубже, то можно сказать, что, по сути, весь подход к запуску и выполнению приложений устроен на принципах стека. Не секрет, что прежде чем каждая следующая программа, запущенная из основной, будет выполняться, состояние предыдущей занесётся в стек, чтобы, когда следующая запущенная подпрограмма закончит выполняться, предыдущее приложение продолжило работу с места остановки.

Эффективный стек

В покере есть такое понятие как эффективный стек. И для новичка в покере это понятие более чем актуально. Эффективный стек — это то количество фишек либо реальных денег, которые игрок собирается вкладывать в игру против соперника. Что это означает? Предположим, ваш стек $150, у вашего противника – $100. Если вы идете олл-ин, то используете только $100, ведь большим противник ответить не сможет. Получается, что прибыль вы рассчитываете не из своих $150, а только из $100 из них. Вот как раз эти $100 в данном случае — для вас эффективный стек.

Знакомство с понятием «эффективный стек в покере» поможет научиться выбирать выгодные для себя столы. Останавливайте свой выбор на тех столах, за которыми играют покеристы, против которого ваш стек был бы максимально эффективным. Возвращаясь к нашему примеру, если у вас стек $150, то не стремитесь за столы, за которыми сидят противники с фишками на $80-100. Вам нужны столы, где большинство соперников имеют стек пусть и не намного, но все же выше вашего. Только в этом случае ваш стек будет эффективным, отвечать математическим ожиданиям от реализации конкретных решений, которые опять-таки полностью зависят от величины стека.

Для придания фактурности

Слепленные из пластилина фигурки обычно обладают сравнительно гладкой поверхностью, вне зависимости от того, сделано это голыми руками или при помощи примитивных устройств. Если нужно, чтобы поверхность была шероховатой или напоминала на вид какой-нибудь другой материал, также используются определенные инструменты.

Особое внимание следует обратить на текстурные листы. Это изделие представляет собой некоторое подобие листа с нанесенной на него текстурой, зеркально отражающей поверхность того или иного материала – камня, древесины, ткани

Поскольку многие разновидности пластилина в процессе работы оказываются довольно мягкими, такой фактурный лист без всяких усилий оставляет на поверхности отпечаток, придавая изделию дополнительное сходство с задуманным результатом.

В продаже найдутся также специальные молды, которые имитируют не столько поверхность материала, сколько определенный объемный узор (хотя такими бывают и фактурные листы). Это позволит добиться на поверхности готового изделия сложного переплетения рельефных линий, которого никогда не удалось бы добиться вручную.

Функция peek()

В библиотеку stack добавили новую функцию , с помощью которой вы можете обратиться к элементу стека (от вершины).

Ниже вы мы использовали функцию , чтобы вывести третий элемент:

setlocale(LC_ALL,»rus»);
stack <int> steck;

steck.push(5); // Добавляем
steck.push(1); // элементы
steck.push(9); // в
steck.push(10); // стек

cout << «Третий элемент стека: » << steck.peek(3); // выведет 1

Функцию использует маленький круг программистов и надо сразу сказать эта функция не стала столь востребованной, как от нее ожидали создатели.

Как организуется стек?

Когда программисты организуют или реализуют стек, они применяют два варианта:
1. Используя массив и переменную, указывающую на ячейку вершины стека.
2. Используя связанные списки.

У этих двух вариантов реализации стека есть и плюсы, и минусы. К примеру, связанные списки считаются более безопасными в плане применения, ведь каждый добавляемый элемент располагается в динамически созданной структуре (раз нет проблем с числом элементов, значит, отсутствуют дырки в безопасности, позволяющие свободно перемещаться в памяти программного приложения). Однако с точки зрения хранения и скорости применения связанные списки не столь эффективны, так как, во-первых, требуют дополнительного места для хранения указателей, во-вторых, разбросаны в памяти и не расположены друг за другом, если сравнивать с массивами.

Подытожим: стек позволяет управлять памятью более эффективно

Однако помните, что если вам потребуется использовать глобальные переменные либо динамические структуры данных, то лучше обратить своё внимание на кучу

Какой бывает пластилинография

Педагоги, обучая дошколят, применяют различные виды пластилинографии, которые несложно организовать и дома. Родителям нужно знать, что и как используется в разные возрастные периоды. Всем дошкольникам будет доступна прямая пластилинография, в которой лепное изображение строится на ровной поверхности. При выполнении картины нужно сначала скатать объемные формы, например, колобки, колбаски, потом расположить их по контуру и расплющить в соответствии с замыслом, хорошо присоединив детали.

Малыши легко осваивают эту технику уже в двух — трехлетнем возрасте. Им предлагается незатейливый рисунок без мелких деталей, на начальном этапе с готовой основой. Ребята постарше создают более сложные композиции. Они самостоятельно готовят основу, выполняют контур, который постепенно заполняется размягченным пластилином.

Обратная пластилинография (витражная) предполагает рисование с обратной стороны основы. Для этого она должна быть прозрачной, например, пластик или оргстекло. Рисунок составляется на основе маркером, а затем его элементы заполняются пластилином. В изображение подбираются кусочки пластилина необходимого размера и цвета, размягчаются, а затем размазываются по прозрачной основе. Чтобы получился тонкий аккуратный слой, размазывать можно пальчиками или стекой, тщательно придавливая пластилин к поверхности.

Модульная пластилинография принадлежит к сложной технике и требует от дошколят умения владеть всеми приемами лепки. Тогда получается лепная картина, состоящая из разных декорирующих элементов: шариков, лепешек, цилиндриков, косичек и других технических элементов.

Мозаичная пластилинография – любимая детьми техника, так как изображение составляется только из пластилиновых шариков. Достаточно простая техника доступна ребятишкам всех возрастов. Главное, подбирать соответствующие цвета и аккуратно заполнять элементами контурное пространство, не выходя за его пределы. Методика работы состоит из скатывания мелких шариков, расположения их на основе и прижимания к ней.

Контурная пластилинография — предполагает вылепливание объекта по контуру. Пошагово этапы действия будут следующие: сначала на основу наносится маркером рисунок, затем с помощью тонких скатанных жгутиков выкладывается контур, изображение заполняется жгутиками соответствующего цвета. Педагоги советуют воспользоваться большим шприцем без иглы, в который помещается пластилин, затем шприц помещается в горячую воду для размягчения. Таким образом можно получить красивые ровные жгутики.

Многослойная пластилинография — представляет собой последовательно нанесенные на основу слои пластилина. Подобная техника необходима для пейзажей: изображений леса, воды, поля, когда нужно подобрать не только основные цвета, но и их оттенки. Такая работа довольно сложна для маленьких дошколят, и ее уместно проводить только со старшими ребятишками. Методика работы следующая: подбираются разные цвета пластилина, из которых делаются тонкие лепешечки. Затем заготовки накладываются друг на друга в виде многослойного пирога в соответствии с рисунком.

Фактурная пластилинография — самая сложная техника, так как предполагает изготовление объемного изображения. В ней можно выделить барельеф (фр. bas-relief -низкий рельеф, объем рисунка менее половины), горельеф (выступающий более чем на половину) и контррельеф (лат. contra — против и рельеф, углубленный рисунок). Чтобы получить такие картины, можно воспользоваться специальным валиком с нанесенным на него изображением. В магазинах можно приобрести готовые шаблоны для данной техники.

Заботливые родители всегда найдут возможность влиять на развитие творческих способностей детей посредством пластилинографии. Это, пожалуй, самый доступный и увлекательный способ решить многие вопросы развития и воспитания, тем самым подготавливая дошколят к школьному обучению и обогащая семейный досуг.

Готовые решения

В стремительно развивающемся мире технологий и бизнеса было бы глупо не предусмотреть готовых решений тех стека, которые упрощают работу и позволяют сэкономить время команде разработчиков.

Рассмотрим некоторые из них.

Совмещает в себе рабочий фреймворк Linux, веб-сервер Apache, базу данных MySQL, PHP/Perl/Python. Этот тех стек можно назвать отраслевым стандартом. Он используется для разработки web-приложений и пользуется популярностью благодаря своей адаптивности, безопасности и открытому исходному коду. LAMP часто выбирают для повышения производительности и снижения затрат на разработку.

MEAN стек — это совокупность JavaScript технологий для разработки сложных, быстрых и надежных приложений. Сюда входят: MongoDB, Express, Angular и Node.js. Простыми словами, MEAN — это JavaScript фреймворк, который упрощает и ускоряет разработку. Использование одного языка (JavaScript) как для разработки на стороне клиента, так и на стороне сервера улучшает взаимодействие внутри команды. Кроме того, все компоненты MEAN «говорят» на языке JSON, что обеспечивает бесперебойную передачу данных между уровнями.

Еще одним сильным преимуществом MEAN-стека можно назвать то, что все базовые технологии являются бесплатными, а их исходный код находится в открытом доступе. Если при разработке возникнет какая-либо проблема, вы всегда можете рассчитывать на поддержку сообщества.

Эта модель включает в себя MongoDB, Express, React/Redux и Node.js. Также как и MEAN, MERN полностью охватывает весь процесс разработки о клиентской до серверной части.

Учитывая используемость React в улучшении front-end части, и Node.js — в улучшении back-end части, это сочетание технологий часто используется в разработке E-Commerce проектов.

Эта модель также является ответвлением MEAN-стека, где вместо Angular используется Vue.js.

Vue.js сам по себе совмещает лучшие особенности React и Angular. Его основными преимуществами являются отличная производительность, лаконичный стиль программирования и большая система инструментов.

Все вышеперечисленные модели являются готовыми решениями для разработки средних и больших проектов.

Конечно, универсальные решения позволяют сэкономить время, но они всё же уступают специализированным, так как они являются лишь привычным подходом, и не могут быть применимы ко всем проектам.

Если говорить о действительно сложных проектах, которые по своей логике выбиваются из массы, либо о проектах с особыми требованиями к безопасности и производительности — банки, гос сектор — в таких случаях необходимо формировать индивидуальный тех стек, с помощью которого реально удовлетворить все поставленные требования.

Метод пластилинографии

Чтобы родителям было несложно организовать обучение ребятишек в домашних условиях, специалистами разработана методика пластилинографии для детей, которая предполагает следующую пошаговую работу:

1. Сначала учим младших дошколят разминать пластилин, пока он не станет податливым.
2. Малышам предлагаем готовую основу или просим незначительно помочь при ее подготовке, например, вместе со взрослым создать контур.
3. Готовить основу картин учим старших ребят, у которых уже есть навык работы с лепным материалом. Поправляем движения руки при размазывании пластилина от центра к краям.
4. Маленьким деткам предлагаем не более двух приемов при изготовлении простых изображений. Старшие выполняют сложные в декоративном плане картины, используя целый комплекс приемов.
5. Чтобы получить новый цветовой оттенок для рисунка, даже маленьких детей учим соединять разные цвета пластилина, например: желтый и красный для оранжевого, синий и желтый для изумрудного, синий и белый для голубого.
6. Старшим дошколятам показываем, что мазки могут быть похожи на шелк, стекло или керамику, быть шероховатыми или рельефными.
7. Для придания деталям шероховатости используем различные способы при помощи стеки: наносим рельефные точки, штрихи, полоски, фигурные линии. Чтобы изобразить тонкие пластилиновые нити, незаменимы будут пластмассовые шприцы без игл.
8. Учим детей, что в рисовании лучше всего использовать яркий, мягкий материал, чтобы придать изображению интересную форму.

Как правильно подготовить материалы для создания пластилиновых картин

• Чтобы придать картине устойчивость и избежать деформации, используйте для основы рисунка только плотный картон.
• Чтобы избежать появления на основе рисунка неопрятных пластилиновых пятен, покройте ее клейкой пленкой.
• Чтобы избежать ошибок в процессе лепки, нанесите предварительно контур рисунка на картон под пленкой.
• Чтобы картина не портилась длительное время, покройте ее бесцветным лаком.
• Чтобы работа над картиной шла быстро, подготовьте заранее необходимые материалы: картон, контуры рисунков, пластилин, салфетки для рук, стеки, зубочистки, набор природного материала, доску для лепки.

Стек как структура данных

Структура данных в программировании — это механизм организации данных для их эффективного использования. Вы уже видели несколько типов структур данных, например, массивы или структуры. Существует множество других структур данных, которые используются в программировании. Некоторые из них реализованы в Стандартной библиотеке C++, и стек как раз является одним из таковых.

Например, рассмотрим стопку (аналогия стеку) тарелок на столе. Поскольку каждая тарелка тяжелая, а они еще и сложены друг на друге, то вы можете сделать лишь что-то одно из следующего:

   Посмотреть на поверхность первой тарелки (которая находится на самом верху).

   Взять верхнюю тарелку из стопки (обнажая таким образом следующую тарелку, которая находится под верхней, если она вообще существует).

   Положить новую тарелку поверх стопки (спрятав под ней самую верхнюю тарелку, если она вообще была).

В компьютерном программировании стек представляет собой контейнер (как структуру данных), который содержит несколько переменных (подобно массиву). Однако, в то время как массив позволяет получить доступ и изменять элементы в любом порядке (так называемый «произвольный доступ»), стек более ограничен.

В стеке вы можете:

   Посмотреть на верхний элемент стека (используя функцию или ).

   Вытянуть верхний элемент стека (используя функцию ).

   Добавить новый элемент поверх стека (используя функцию ).

Стек — это структура данных типа LIFO (англ. «Last In, First Out» = «Последним пришел, первым ушел»). Последний элемент, который находится на вершине стека, первым и уйдет из него. Если положить новую тарелку поверх других тарелок, то именно эту тарелку вы первой и возьмете. По мере того, как элементы помещаются в стек — стек растет, по мере того, как элементы удаляются из стека — стек уменьшается.

Например, рассмотрим короткую последовательность, показывающую, как работает добавление и удаление в стеке:

Стопка тарелок довольно-таки хорошая аналогия работы стека, но есть лучшая аналогия. Например, рассмотрим несколько почтовых ящиков, которые расположены друг на друге. Каждый почтовый ящик может содержать только один элемент, и все почтовые ящики изначально пустые. Кроме того, каждый почтовый ящик прибивается гвоздем к почтовому ящику снизу, поэтому количество почтовых ящиков не может быть изменено. Если мы не можем изменить количество почтовых ящиков, то как мы получим поведение, подобное стеку?

Во-первых, мы используем наклейку для обозначения того, где находится самый нижний пустой почтовый ящик. Вначале это будет первый почтовый ящик, который находится на полу. Когда мы добавим элемент в наш стек почтовых ящиков, то мы поместим этот элемент в почтовый ящик, на котором будет наклейка (т.е. в самый первый пустой почтовый ящик на полу), а затем переместим наклейку на один почтовый ящик выше. Когда мы вытаскиваем элемент из стека, то мы перемещаем наклейку на один почтовый ящик ниже и удаляем элемент из почтового ящика. Всё, что находится ниже наклейки — находится в стеке. Всё, что находится в ящике с наклейкой и выше — находится вне стека.

Использовать

Обработка звонков на сайт

Обычно манипуляции со стеком вызовов, необходимые на месте вызова подпрограммы, минимальны (что хорошо, поскольку может быть много узлов вызова для каждой вызываемой подпрограммы). Значения фактических аргументов оцениваются на сайте вызова, поскольку они специфичны для конкретного вызова, и либо помещаются в стек, либо помещаются в регистры, как определено используемым соглашением о вызовах . Фактическая инструкция вызова, такая как «переход и ссылка», затем обычно выполняется для передачи управления коду целевой подпрограммы.

Обработка записи подпрограммы

В вызываемой подпрограмме первый выполненный код обычно называется прологом подпрограммы , так как он выполняет необходимые служебные действия до того, как будет запущен код для операторов подпрограммы.

Для архитектур с набором команд, в которых инструкция, используемая для вызова подпрограммы, помещает адрес возврата в регистр, а не помещает его в стек, пролог обычно сохраняет адрес возврата, помещая значение в стек вызовов, хотя, если вызываемый подпрограмма не вызывает никаких других подпрограмм, она может оставить значение в регистре. Точно так же могут быть переданы значения текущего указателя стека и / или указателя кадра.

Если используются указатели кадра, пролог обычно устанавливает новое значение регистра указателя кадра из указателя стека. Затем можно выделить пространство в стеке для локальных переменных путем постепенного изменения указателя стека.

Язык программирования Forth допускает явную намотку стека вызовов (называемого там «стеком возврата»).

Обработка возврата

Когда подпрограмма готова к возврату, она выполняет эпилог, отменяющий шаги пролога. Обычно это восстанавливает сохраненные значения регистров (например, значение указателя фрейма) из фрейма стека, выталкивает весь фрейм стека из стека, изменяя значение указателя стека, и, наконец, выполняет переход к инструкции по адресу возврата. Согласно многим соглашениям о вызовах элементы, извлекаемые из стека эпилогом, включают в себя исходные значения аргументов, и в этом случае обычно нет дополнительных манипуляций со стеком, которые должны выполняться вызывающей стороной. Однако с некоторыми соглашениями о вызовах ответственность за удаление аргументов из стека после возврата лежит на вызывающей стороне.

Размотка

Возврат из вызванной функции вытолкнет верхний фрейм из стека, возможно, оставив возвращаемое значение. Более общий акт выталкивания одного или нескольких кадров из стека для возобновления выполнения в другом месте программы называется раскручиванием стека и должен выполняться, когда используются нелокальные управляющие структуры, такие как те, которые используются для . В этом случае кадр стека функции содержит одну или несколько записей, определяющих обработчики исключений. Когда генерируется исключение, стек разворачивается до тех пор, пока не будет найден обработчик, готовый обработать (перехватить) тип выброшенного исключения.

В некоторых языках есть другие управляющие структуры, требующие общей раскрутки. Паскаль позволяет глобальному оператору goto передавать управление из вложенной функции в ранее вызванную внешнюю функцию. Эта операция требует, чтобы стек был размотан, удалив столько кадров стека, сколько необходимо для восстановления правильного контекста, чтобы передать управление целевому оператору внутри включающей внешней функции. Аналогично, С имеет и функцию , которые действуют как нелокальный GOTOS. Common Lisp позволяет контролировать то, что происходит при разворачивании стека, с помощью специального оператора.

При применении продолжения стек (логически) разматывается, а затем перематывается вместе со стеком продолжения. Это не единственный способ реализовать продолжения; например, используя несколько явных стеков, приложение продолжения может просто активировать свой стек и намотать значение, которое нужно передать. Язык программирования Scheme позволяет выполнять произвольные переходы в определенных точках при «раскручивании» или «перемотке» стека управления при вызове продолжения.

Сегменты

Память, которую используют программы, состоит из нескольких частей — сегментов:

   Сегмент кода (или «текстовый сегмент»), где находится скомпилированная программа. Обычно доступен только для чтения.

   Сегмент bss (или «неинициализированный сегмент данных»), где хранятся глобальные и статические переменные, инициализированные нулем.

   Сегмент данных (или «сегмент инициализированных данных»), где хранятся инициализированные глобальные и статические переменные.

   Куча, откуда выделяются динамические переменные.

   Стек вызовов, где хранятся параметры функции, локальные переменные и другая информация, связанная с функциями.