使用 Python 实现一个简单的栈（Stack）类（最佳实践）

使用 Python 实现一个简单的栈（Stack）类

快速解决

使用 Python 列表实现一个栈类，包含 push、pop、peek 等核心方法。这个实现满足 LIFO（后进先出）特性，适合需要临时存储和倒序处理数据的场景。

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def push(self, item):   # 将元素添加到栈顶
        self.items.append(item)

    def pop(self):          # 移除并返回栈顶元素
        if not self.is_empty():
            return self.items.pop()
        raise IndexError("Pop from empty stack")

    def peek(self):         # 返回栈顶元素但不移除
        if not self.is_empty():
            return self.items[-1]
        raise IndexError("Peek from empty stack")

    def is_empty(self):     # 检查栈是否为空
        return len(self.items) == 0

    def size(self):         # 返回栈的大小
        return len(self.items)

常用方法

详细说明

push 方法

将元素添加到栈顶，底层使用列表的 append 方法实现。代码示例：

def push(self, item):
    self.items.append(item)  # 列表尾部添加元素，时间复杂度 O(1)

pop 方法

移除并返回栈顶元素，需先检查栈是否为空：

def pop(self):
    if not self.is_empty():
        return self.items.pop()  # 列表尾部删除元素，时间复杂度 O(1)
    raise IndexError("Pop from empty stack")

is_empty 方法

通过判断列表长度是否为 0 来确认栈状态：

def is_empty(self):
    return len(self.items) == 0  # 时间复杂度 O(1)

高级技巧

1. 异常处理优化

在 pop/peek 方法中添加用户自定义异常，提高错误信息可读性：

class StackEmptyError(Exception):
    pass

def pop(self):
    if not self.is_empty():
        return self.items.pop()
    raise StackEmptyError("Stack is empty")  # 自定义异常类型

2. 栈容量控制

添加最大容量限制，实现栈满检查：

class Stack:
    def __init__(self, max_size=100):
        self.items = []
        self.max_size = max_size  # 设置最大容量

    def is_full(self):
        return len(self.items) == self.max_size  # 判断是否已满

3. 实际应用场景

用栈实现括号匹配验证：

def is_valid_parentheses(s):
    stack = Stack()
    for char in s:
        if char in "({[": 
            stack.push(char)  # 左括号入栈
        elif char in ")}]":
            if stack.is_empty():  # 空栈遇到右括号直接失败
                return False
            top = stack.pop()  # 匹配右括号与栈顶左括号
            if not matches(top, char):  # 自定义匹配函数
                return False
    return stack.is_empty()  # 栈空表示全部匹配

常见问题

Q1：为什么选择列表而不是其他数据结构实现栈？
A1：Python 列表的尾部操作（append/pop）时间复杂度为 O(1)，头操作（insert/delete at 0）是 O(n)，选择尾部操作更高效。

Q2：如何避免 pop 时栈为空导致的错误？
A2：在调用 pop 前使用 is_empty 方法检查，或捕获 StackEmptyError 异常处理。

Q3：这个实现与 Python 的 list 有什么本质区别？
A3：Stack 类封装了接口，增加了异常处理和方法语义（push/pop 明确表示栈操作），而 list 是通用数据结构。

总结

本文提供了一个可直接使用的 Python 栈类实现，包含核心方法、异常处理和实际应用场景，帮助开发者快速构建符合 LIFO 特性的数据结构。