Стек (или магазин) — структура данных в программировании, работающая по принципу магазина с патронами: последний помещеннный в него объект, обрабатывается первым.
Приработе со стекам часто приходится сталкиваться с двумя типичными ошибками: переполненем стека и опустошением стека.
Переполнение стека (stack overflow) — одна из типичных ошибок при работе со стеком, состоящая в попытке добавить в стек элемент, когда память, отведенная для хранения стека полностью занята.
В случае, если стек моделируется на базе массива, добавляемое значение может быть записано за пределы отведенного для хранения стека памяти, что приведет к повреждению другие данных, обрабатываемых программой. Это нередко приводит к трудно выявляемым ошибками типа «порчи памяти». Поэтому при реализации стека на основе массива необходимо перед каждой операцией добавления элемента проверять, не переполнен ли стек.
Если стек моделируется на связанном списке, то переполнение стека обычно возникает только при исчерпании доступной для программы оперативной памяти. В этом случае программа завершается с диагностикой «Недостаточно памяти».
Причиной переполнения стека обычно является зацикливание на участке программы, где количество операций добавления в стек превышает количество операций извлечения из стека. Другая причина переполнения стека — слишком большая глубина рекурсивных вызовов подпрограмм, что может говорить о неудачно выбранном алгоритме решения задачи.
Опустошение стека (stack underflow) — другая типичная ошибка при работе со стеком, состоящая в попытке извлечь значение пустого стека.
В случае, если стек моделируется на базе массива, то при его опустошении в качестве результата операции может быть возвращено случайное («мусорное») значение из области памяти, не отведенной для хранения стека. Это скорее всего приведет к неверной работе программы. Кроме того, при попытке пополнить стек после его ошибочного опустошения, данные могут быть записаны в постороннюю область памяти, что приведет к тем же непредсказуемым последствиям, что и переполнение стека.
Если стек моделируется на связанном списке, то ошибка опустошения стека выражается в попытке обращения по недействительному указателю. Обычно это немедленно приводит к завершению программы с диагностикой «защита памяти».
Причиной опустошения стека обычно является зацикливание на участке программы, где количество операций извлечения из стека превышает количество операций добавления в стек. Другая причина переполнения стека — несогласованность операций пополнения и извлечения из стека. Например, если подпрограмма ожидает получить больше параметров, чем ей передается при вызове через стек.
Чтобы избегать ошибок при работе со стеком нужно следовать двум правилам.
1. При реализации операций со стеком всегда проверять, не приведет ли затребованное действие к переполнению или опустошению стека. Если нарушение обнаружено, то выдавать соответствующую диагностику и отказывать в выполнении операции.
2. При каждой операции использования стека проверять успешность ее, выполнения и в случае возникновения ошибки принимать соответствующие меры.
Описанные правила безопасности приводят к тому, что программный код оказывается перегружен проверками. По этой причине более эффективным методом является уведомление об ошибках в работе со стеком при помощи механизма исключений или прерываний (например, конструкция try … throw в языке С++).
Дополнительно в базе данных Генона:
- Что такое стек в программировании?
- Для чего используются указатели в программировании?
Ссылки по теме:
- cyberforum.ru — реализация стека на С++ с использованием исключений
- ru.wikipedia.org — Википедия: Переполнение буфера
- codenet.ru — рассматривается уязвимость Windows за счет использования переполнения стека
- sdteam.com — статья «Переполнения стека»
- xakep.ru — статья «Переполнение буфера в стеке», Хакер, №2, 2003
Стек (либо магазин) — структура данных в программировании, работающая по принципу магазина с патронами: последний помещеннный в него объект, обрабатывается первым.
Приработе со стекам нередко приходится сталкиваться с 2-мя обычными ошибками: переполненем стека и опустошением стека.
Переполнение стека (stack overflow) — одна из обычных ошибок при работе со стеком, состоящая в попытке добавить в стек элемент, когда память, отведенная для хранения стека целиком занята.
В случае, в том случае стек моделируется на базе массива, добавляемое значение может быть записано за границы отведенного для хранения стека памяти, что приведет к повреждению другие данных, обрабатываемых программкой. Это часто приводит к тяжело выявляемым ошибками класса «порчи памяти». Потому при реализации стека на базе массива нужно перед каждой операцией прибавления элемента инспектировать, не переполнен ли стек.
В том случае стек моделируется на связанном перечне, то переполнение стека обычно появляется только при исчерпании доступной для программки оперативки. В данном случае программка заканчивается с диагностикой «Недостаточно памяти».
Предпосылкой переполнения стека обычно является зацикливание на участке программки, где количество операций прибавления в стек превосходит количество операций извлечения из стека. Другая причина переполнения стека — очень большая глубина рекурсивных вызовов подпрограмм, что может говорить о безуспешно избранном методе решения задачки.
Опустошение стека (stack underflow) — другая обычная ошибка при работе со стеком, состоящая в попытке извлечь значение пустого стека.
В случае, в том случае стек моделируется на базе массива, то при его опустошении в качестве результата операции может быть возвращено случайное («мусорное») значение из области памяти, не отведенной для хранения стека. Это вероятнее всего приведет к неправильной работе программки. Не считая того, при попытке восполнить стек после его неверного опустошения, данные могут быть записаны в постороннюю область памяти, что приведет к этим же непредсказуемым последствиям, что и переполнение стека.
В том случае стек моделируется на связанном перечне, то ошибка опустошения стека выражается в попытке воззвания по недействительному указателю. Как правило это немедля приводит к окончанию программки с диагностикой «защита памяти».
Предпосылкой опустошения стека обычно является зацикливание на участке программки, где количество операций извлечения из стека превосходит количество операций прибавления в стек. Другая причина переполнения стека — несогласованность операций пополнения и извлечения из стека. К примеру, в том случае подпрограмма ждет получить больше характеристик, чем ей передается при вызове через стек.
Чтоб избегать ошибок при работе со стеком необходимо следовать двум правилам.
1. При реализации операций со стеком всегда инспектировать, не приведет ли затребованное действие к переполнению либо опустошению стека. В том случае нарушение найдено, то выдавать подобающую диагностику и отказывать в выполнении операции.
2. При каждой операции использования стека инспектировать удачливость ее, выполнения и в случае появления ошибки принимать надлежащие меры.
Описанные правила безопасности приводят к тому, что программный код оказывается перегружен проверками. По этой причине более действенным способом является извещение об ошибках в работе со стеком с помощью механизма исключений либо прерываний (к примеру, конструкция try … throw в языке С++).
Дополнительно в базе данных New-Best.comа:
Полезные ссылки по теме:
Информатика. 11 класс. Углубленный уровень. В 2 ч. Поляков К.Ю., Еремин Е.А. § 42. Стек, очередь, дек
Вопросы и задания
1. Что такое стек? Какие операции со стеком разрешены?
2. Как используется системный стек при выполнении программ?
3. Какие ошибки могут возникнуть при использовании стека?
4. В каких случаях можно использовать обычный массив для моделирования стека?
5. Как построить стек на основе динамического массива?
6. Почему при передаче стека в подпрограммы, приведённые в параграфе, соответствующий параметр должен быть изменяемым?
7. Что такое очередь? Какие операции она допускает?
8. Приведите примеры задач, в которых можно использовать очередь.
Подготовьте сообщение
а) «Моделирование стека и очереди в языке Си»
б) «Моделирование стека и очереди в языке Python»
в) «Моделирование очереди с помощью стеков»
г) «Очередь с приоритетом»
Задача
1. Напишите программу, которая «переворачивает» массив, записанный в файл, с помощью стека. Размер массива неизвестен. Все операции со стеком вынесите в отдельный модуль.
2. Напишите программу, которая вычисляет значение арифметического выражения, записанного в постфиксной форме. Выражение вводится с клавиатуры в виде символьной строки.
3. Напишите программу, которая проверяет правильность скобочного выражения с четырьмя видами скобок: (), [], {} и <>. Все операции со стеком вынесите в отдельный модуль.
*4. Найдите в литературе или в Интернете алгоритм перевода арифметического выражения из инфиксной формы в постфиксную и напишите программу, которая решает эту задачу.
5. Напишите программу, которая выполняет заливку одноцветной области заданным цветом. Матрица, содержащая цвета пикселей, вводится из файла. Затем с клавиатуры вводятся координаты точки заливки и цвет заливки. На экран нужно вывести матрицу, которая получилась после заливки. Все операции с очередью вынесите в отдельный модуль.
*6. Перепишите программу из задачи 5 — используйте статический массив для организации очереди. Считайте, что в очереди может быть не более 100 элементов. Предусмотрите обработку ошибки «очередь переполнена».
*7. Напишите программу решения задачи о заливке области, помечая при этом точки, добавленные в очередь, чтобы не добавлять их повторно. В чём преимущества и недостатки такого алгоритма?
Содержание
- — Чем дек отличается от стека и очереди?
- — Какие операции предусмотрены над структурой очереди?
- — Что такое структура очереди?
- — Как работают очереди Laravel?
- — Как правильно очереди или Очередя?
- — Какие ошибки могут возникнуть при использовании стека?
- — Для чего нужен стек в программе?
Стеком называется такая коллекция объектов, из которой вынимается в первую очередь последний добавленный объект. Очередь же — это коллекция объектов, в которой, напротив, первыми извлекаются объекты, первыми в неё и добавленными.
Чем дек отличается от стека и очереди?
Очереди очень похожи на стеки. Они также не дают доступа к произвольному элементу, но, в отличие от стека, элементы кладутся (enqueue) и забираются (dequeue) с разных концов. Такой метод называется «первый вошел, первый вышел» (First-In-First-Out или FIFO).
Какие операции предусмотрены над структурой очереди?
ОПЕРАЦИИ НАД ОЧЕРЕДЬЮ
- 1) включение нового элемента со значением v в конец очереди — Insert(Q, v);
- 2) исключение элемента из начала очереди — Remove(Q) и возвращение его значения;
- 3) выработка признака «очередь пуста» — Empty(Q);
- 4) считывание первого элемента без его удаления — HeadValue(Q);
Что такое структура очереди?
Очередью (англ. – queue) называется структура данных, из которой удаляется первым тот элемент, который был первым в очередь добавлен. То есть очередь в программировании соответствует «бытовому» понятию очереди. Очередь также называют структурой типа FIFO (first in, first out — первым пришел, первым ушел).
Как работают очереди Laravel?
Очереди позволяют вам отложить выполнение времязатратных задач, таких как отправка e-mail, на более позднее время, таким образом на порядок ускоряя обработку веб-запросов в вашем приложении. Настройки очередей хранятся в файле config/queue.
Как правильно очереди или Очередя?
Морфологические и синтаксические свойства
| падеж | ед. ч. | мн. ч. |
|---|---|---|
| Р. | о́череди | очереде́й |
| Д. | о́череди | очередя́м |
| В. | о́чередь | о́череди |
| Тв. | о́чередью | очередя́ми |
Какие ошибки могут возникнуть при использовании стека?
Принято выделять два вида ошибок в стеке: 1) (pop) удаление значения из пустого стека (опустошение); 2) (push) добавление элемента в переполненный стек (переполнение). В нашей реализации у каждого элемента есть указатель на следующий, что исключает вероятность ошибки второго типа.
Для чего нужен стек в программе?
Стек используют для разных целей: организации прерываний, вызовов и возвратов; временного хранения данных, когда под них нет смысла выделять фиксированные места в памяти; передачи и возвращения параметров при вызовах процедур.
Интересные материалы:
Как сделать колонтитулы на всех страницах разные?
Как сделать колонтитулы по бокам?
Как сделать колонтитулы по разделам?
Как сделать колонтитулы только на нужных страницах?
Как сделать колонтитулы в Ворде 2016?
Как сделать комбинацию клавиш?
Как сделать комментарий в css?
Как сделать компьютер видимым в сети?
Как сделать компост для шампиньонов?
Как сделать компост из листьев в мешках?
В программном обеспечении переполнение стека происходит, если указатель стека вызовов превышает границу стека . Стек вызовов может состоять из ограниченного количества адресного пространства , часто определяется в начале программы. Размер стека вызовов зависит от многих факторов, включая язык программирования, архитектуру машины, многопоточность и объем доступной памяти. Когда программа пытается использовать больше места, чем доступно файл в стеке вызовов (то есть, когда он пытается получить доступ к памяти за пределами стека вызовов, что по сути является переполнением буфера ), стек считается переполненным, что обычно приводит к сбою программы. 108>Содержание
- 1 Причины
- 1.1 Бесконечная рекурсия
- 1.2 Очень глубокая рекурсия
- 1.3 Очень большие переменные стека
- 2 См. Также
- 3 Ссылки
- 4 Внешние ссылки
Причины
Бесконечная рекурсия
Наиболее частой причиной переполнения стека является чрезмерно глубокая или бесконечная рекурсия, при которой функция вызывает себя столько раз, что пространство, необходимое для хранения переменных и информации, связанной с каждый вызов больше, чем может поместиться в стеке.
Пример бесконечной рекурсии в C.
int foo () {return foo (); }
Функция foo, когда она вызывается, продолжает вызывать себя, каждый раз выделяя дополнительное пространство в стеке, пока стек не переполнится, что приведет к ошибке сегментации . Однако некоторые компиляторы реализуют оптимизацию хвостового вызова, позволяющую бесконечную рекурсию определенного вида — хвостовую рекурсию — происходить без переполнения стека. Это работает, потому что вызовы хвостовой рекурсии не занимают дополнительного места в стеке.
Некоторые параметры компилятора C эффективно включают оптимизацию хвостового вызова ; например, компиляция указанной выше простой программы с использованием gcc с -O1приведет к ошибке сегментации, но не при использовании -O2или -O3, поскольку эти уровни оптимизации подразумевают параметр компилятора -foptimize-sibling-calls. Другие языки, такие как Схема, требуют, чтобы все реализации включали хвостовую рекурсию как часть языкового стандарта.
Очень глубокая рекурсия
Рекурсивная функция, завершающаяся теоретически но вызывает переполнение буфера стека вызовов на практике, это может быть исправлено путем преобразования рекурсии в цикл и сохранения аргументов функции в явном стеке (а не неявном использовании стека вызовов). Это всегда возможно, потому что класс примитивных рекурсивных функций эквивалентен классу вычислимых функций LOOP. Рассмотрим этот пример в C ++ -подобном псевдокоде:
void function (argument) {if (condition) function (argument.next); }
|
stack.push (аргумент); а (! stack.empty ()) {аргумент = stack.pop (); if (условие) stack.push (argument.next); }
|
Примитивная рекурсивная функция, подобная той, что находится слева, всегда может быть преобразована в цикл, как на правой стороне.
Функция, подобная приведенному выше примеру слева, не будет проблемой в среде, поддерживающей оптимизацию хвостового вызова ; однако по-прежнему можно создать рекурсивную функцию, которая может привести к переполнению стека на этих языках. Рассмотрим приведенный ниже пример двух простых целочисленных функций возведения в степень.
int pow (int base, int exp) {если (exp>0) return base * pow (base, exp - 1); иначе вернуть 1; }
|
int pow (int base, int exp) {return pow_accum (base, exp, 1);); } int pow_accum (int base, int exp, int аккумулятор) {если (exp>0) return pow_accum (base, exp - 1, аккумулятор * base); иначе вернуть аккумулятор; }
|
Обе функции pow (base, exp), приведенные выше, вычисляют эквивалентный результат, однако функция слева склонна вызывать переполнение стека, поскольку оптимизация хвостового вызова для этой функции невозможна. Во время выполнения стек для этих функций будет выглядеть так:
pow (5, 4) 5 * pow (5, 3) 5 * (5 * pow (5, 2)) 5 * (5 * (5 * pow (5, 1))) 5 * (5 * (5 * (5 * pow (5, 0)))) 5 * (5 * (5 * (5 * 1))) 625 |
pow (5, 4) pow_accum (5, 4, 1) pow_accum (5, 3, 5) pow_accum (5, 2, 25) pow_accum (5, 1, 125) pow_accum (5, 0, 625) 625 |
Обратите внимание, что Функция слева должна хранить в своем стеке expколичество целых чисел, которое будет умножено, когда рекурсия завершится и функция вернет 1. Напротив, функция справа должна хранить только 3 целых числа в любой момент, и вычисляет промежуточный результат, который передается его следующему вызову. Поскольку никакая другая информация, кроме текущего вызова функции, не должна храниться, оптимизатор хвостовой рекурсии может «отбрасывать» предыдущие кадры стека, исключая возможность переполнения стека.
Очень большие переменные стека
Другая основная причина переполнения стека возникает из-за попытки выделить в стеке больше памяти, чем может поместиться, например, путем создания слишком больших переменных локального массива. По этой причине некоторые авторы рекомендуют выделять массивы размером более нескольких килобайт динамически, а не в качестве локальной переменной.
Пример очень большой переменной стека в C :
int foo () {двойной x [1048576]; }
В реализации C с 8-байтовыми числами с плавающей запятой двойной точности объявленный массив потребляет 8 мегабайт данных; если это больше памяти, чем доступно в стеке (как установлено параметрами создания потока или ограничениями операционной системы), произойдет переполнение стека.
Переполнение стека ухудшается из-за всего, что уменьшает эффективный размер стека данной программы. Например, одна и та же программа, запущенная без нескольких потоков, может работать нормально, но как только будет включена многопоточность, программа выйдет из строя. Это связано с тем, что большинство программ с потоками имеют меньше места в стеке на поток, чем программа без поддержки потоков. Поскольку ядра обычно многопоточны, людям, плохо знакомым с разработкой ядра, обычно не рекомендуется использовать рекурсивные алгоритмы или большие стековые буферы.