【Python】スタックを実装するプログラムの書き方とサンプルコード解説

Pythonでスタックを実装する場合は、まずスタック専用のクラスを定義し、そのインスタンスを生成します。その後、要素を追加する「プッシュ（push）」や、要素を取り出す「ポップ（pop）」を行うメソッドを定義し、インスタンスを通じてこれらのメソッドを呼び出して利用します。

スタックとは

スタックは「後入れ先出し（LIFO: Last-In, First-Out）」と呼ばれるデータ構造です。最後に追加した要素が最初に取り出されるという特性を持ち、テキストエディタの元に戻す（Undo）機能や、プログラムの関数呼び出し履歴の管理など、さまざまな場面で活用されています。

サンプルコード

以下は、Pythonでスタックを実装し、対話的に操作できるようにしたプログラムの例です。

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

    def check_empty(self):
        return self.items == []

    def add_elements(self, my_data):
        self.items.append(my_data)

    def delete_elements(self):
        return self.items.pop()

my_instance = Stack_struct()
while True:
    print('Push <value>')
    print('Pop')
    print('Quit')
    my_input = input('What operation would you like to perform ? ').split()

    my_op = my_input[0].strip().lower()
    if my_op == 'push':
        my_instance.add_elements(int(my_input[1]))
    elif my_op == 'pop':
        if my_instance.check_empty():
            print('The stack is empty')
        else:
            print('The deleted value is : ', my_instance.delete_elements())
    elif my_op == 'quit':
        break

実行結果

Push <value>
Pop
Quit
What operation would you like to perform ? Push 6
Push <value>
Pop
Quit
What operation would you like to perform ? Push 8
Push <value>
Pop
Quit
What operation would you like to perform ? Push 34
Push <value>
Pop
Quit
What operation would you like to perform ? Pop
The deleted value is : 34
Push <value>
Pop
Quit

この実行結果から、「最後に追加した値34が最初に取り出されている」ことがわかります。これこそがスタックのLIFO（後入れ先出し）の動作です。

コードの解説

• 必要な属性を持つ「Stack_struct」クラスを定義します。

• __init__メソッド（イニシャライザ）では、スタックの本体となる空のリストを作成しています。

• check_emptyメソッドは、リスト（スタック）が空かどうかを判定するためのものです。

• add_elementsメソッドは、append()を使ってスタックの末尾に新しい要素を追加します。

• delete_elementsメソッドは、pop()を使ってスタックから最後に入った要素を取り出します。

• Stack_structクラスのインスタンスを生成し、以降の操作で使用します。

• whileループの中で、ユーザーに実行したい操作の入力を求めます。

• 入力されたコマンド（push / pop / quit）に応じて、対応する処理が実行されます。

• 処理結果はコンソールに表示され、「quit」が入力されるとプログラムを終了します。

ポイント

入力値はsplit()で分割され、1つ目の要素が操作の種類、2つ目の要素が追加する値として扱われます。また、比較前にlower()で小文字化しているため、コマンドの判定は小文字の「quit」と一致させる必要がある点に注意しましょう。pop()の前にcheck_empty()で空チェックを行うことで、空のスタックから要素を取り出そうとしてエラーになるのを防いでいます。