Algoritma Stack: Struktur Data Penting dalam Pemrograman

Dalam dunia pengembangan perangkat lunak, pemahaman yang mendalam tentang struktur data adalah kunci untuk menulis kode yang efisien, terstruktur, dan mudah dikelola. Salah satu struktur data fundamental yang sering ditemui dan memiliki peran krusial dalam berbagai algoritma dan aplikasi adalah Stack. Stack, dalam analogi sehari-hari, bisa dibayangkan seperti tumpukan piring, di mana Anda hanya bisa mengambil piring dari bagian paling atas, dan meletakkan piring baru juga di bagian paling atas. Konsep ini dikenal sebagai prinsip Last-In, First-Out (LIFO).

Prinsip LIFO

Seperti yang telah disinggung, mekanisme utama yang mengatur operasi pada stack adalah LIFO. Ini berarti elemen terakhir yang dimasukkan ke dalam stack akan menjadi elemen pertama yang dikeluarkan. Konsep ini berbeda dengan struktur data lain seperti Queue, yang beroperasi dengan prinsip First-In, First-Out (FIFO), layaknya antrean di dunia nyata.

Operasi Dasar pada Stack

Ada beberapa operasi dasar yang mendefinisikan bagaimana kita berinteraksi dengan sebuah stack:

• Push: Operasi ini digunakan untuk menambahkan sebuah elemen baru ke bagian paling atas (top) dari stack. Jika stack sudah penuh (dalam implementasi yang memiliki batasan ukuran), operasi push mungkin akan gagal.
• Pop: Operasi ini digunakan untuk menghapus dan mengembalikan elemen yang berada di bagian paling atas (top) dari stack. Jika stack kosong, operasi pop akan menghasilkan error atau nilai penanda kosong.
• Peek (atau Top): Operasi ini memungkinkan kita untuk melihat elemen yang berada di bagian paling atas stack tanpa menghapusnya. Sama seperti pop, operasi ini akan menghasilkan error jika stack kosong.
• IsEmpty: Operasi ini digunakan untuk memeriksa apakah stack sedang dalam keadaan kosong. Mengembalikan nilai boolean (true jika kosong, false jika tidak).
• IsFull: (Hanya berlaku untuk stack dengan ukuran terbatas) Operasi ini memeriksa apakah stack sudah penuh. Mengembalikan nilai boolean.

Implementasi Stack

Stack dapat diimplementasikan menggunakan dua struktur data dasar yang umum dijumpai:

1. Array (atau List): Implementasi menggunakan array biasanya lebih sederhana. Kita bisa menggunakan indeks terakhir dari array sebagai 'top' stack. Operasi push akan menambahkan elemen ke indeks berikutnya dan menaikkan nilai 'top', sementara operasi pop akan mengurangi nilai 'top' dan mengembalikan elemen pada indeks tersebut. Namun, implementasi ini memiliki batasan ukuran jika menggunakan array statis. Jika menggunakan list dinamis, batasan ini menjadi lebih fleksibel.
2. Linked List: Implementasi menggunakan linked list menawarkan fleksibilitas ukuran yang lebih baik. Elemen baru ditambahkan di awal (head) linked list, yang dianggap sebagai 'top' stack. Operasi pop menghapus elemen dari awal linked list. Operasi ini tidak memiliki batasan ukuran bawaan, hanya dibatasi oleh memori sistem.

function push(stack, element):
    if stack is full:
        return "Stack Overflow"
    else:
        top = top + 1
        stack[top] = element
        return "Success"
            

Penerapan Algoritma Stack

Algoritma stack memiliki banyak aplikasi penting dalam ilmu komputer:

• Manajemen Pemanggilan Fungsi (Function Call Stack): Setiap kali sebuah fungsi dipanggil, informasi terkait fungsi tersebut (seperti alamat kembali, parameter, dan variabel lokal) disimpan dalam sebuah stack yang disebut call stack. Ketika fungsi selesai dieksekusi, informasi tersebut dikeluarkan dari stack.
• Undo/Redo Functionality: Fitur undo dan redo pada editor teks atau aplikasi grafis sering kali diimplementasikan menggunakan dua stack: satu untuk menyimpan aksi yang dilakukan (untuk undo) dan satu lagi untuk menyimpan aksi yang telah dibatalkan (untuk redo).
• Evaluasi Ekspresi Matematika: Stack sangat berguna dalam mengubah ekspresi matematika dari notasi infix ke postfix atau prefix, dan juga untuk mengevaluasi ekspresi dalam notasi postfix.
• Pencarian Jalur dalam Graf (Depth-First Search/DFS): Algoritma DFS, yang menjelajahi sebuah graf sedalam mungkin sebelum mundur, secara intrinsik menggunakan stack (baik eksplisit maupun implisit melalui rekursi) untuk melacak jalur yang sedang dijelajahi.
• Parsing Kode: Stack digunakan dalam compiler untuk memvalidasi sintaks kode program, seperti pencocokan kurung buka dan kurung tutup.

Memahami cara kerja dan prinsip LIFO dari algoritma stack adalah fondasi yang kuat bagi setiap pengembang perangkat lunak. Kemampuannya untuk mengelola urutan data yang dinamis dan pemanggilan fungsi menjadikannya salah satu struktur data yang paling esensial dan banyak digunakan.