栈和队列的数据结构详解

"队列和栈的基本概念、性质、存储结构以及应用的详细解析" 队列和栈是数据结构中的两种基本操作受限的线性表。队列被称为"先进先出"（FIFO，First In First Out）的数据结构，而栈则被称为"后进先出"（LIFO，Last In First Out）的数据结构。 ### 栈 栈是一种特殊线性表，只允许在表的一端进行插入（称为栈顶）和删除（也称为栈顶）操作。栈的这种特性使得最后插入的元素最先被删除，类似于我们日常生活中的堆叠物品。栈的主要操作包括： - **初始化**：创建一个空栈，栈顶指针top初始化为0。 - **进栈**（Push）：将新元素添加到栈顶，top指针增加。 - **出栈**（Pop）：移除栈顶元素，top指针减小。 - **查看栈顶元素**（Peek）：不删除的情况下查看栈顶元素。 - **判断栈是否为空**：当top等于0时，栈为空。 - **判断栈是否已满**：在固定大小的数组实现中，当top等于数组最大索引M时，栈满。 栈的常见存储结构有**顺序栈**（使用一维数组实现，可能出现上溢和下溢的情况）和**链栈**（使用链表实现，动态调整空间）。链栈的节点通常包含数据和指向下一个节点的指针。 ### 队列 队列是一种双端操作的线性表，允许在表的一端（称为队尾）进行插入操作，而在另一端（称为队头）进行删除操作。队列的特点是先进先出，即最早进入队列的元素最先离开队列。 - **初始化**：创建一个空队列，front和rear指针均指向队列起始位置。 - **入队**（Enqueue）：在队尾插入元素，rear指针增加。 - **出队**（Dequeue）：从队头删除元素，front指针增加。 - **判断队列是否为空**：当front等于rear时，队列为空。 - **判断队列是否已满**：在固定大小的数组实现中，当(rear+1)%M等于front时，队列满。 队列的常见实现方式有**循环队列**（使用数组，通过取模避免溢出）和**链式队列**（使用链表）。 ### 应用场景 1. **过程的嵌套调用**：在编程中，函数调用时会形成调用栈，用于保存每次函数调用时的上下文信息。 2. **递归**：递归函数的执行实质上是在内存中创建一个递归工作栈，每次函数调用都会在栈中添加一个新的层。 3. **编译器中的符号表管理**：栈用于处理括号匹配、运算符优先级等问题。 4. **操作系统中的进程调度**：操作系统使用队列来管理等待CPU的进程，按照先进先出的原则进行调度。 5. **网络缓冲区管理**：在数据传输中，接收方可能会使用队列来暂存接收到的数据包，等待处理。 在实际应用中，栈和队列经常结合使用，例如在浏览器的前进/后退功能，栈用于记录浏览历史，队列用于处理前进操作。理解并熟练运用栈和队列是学习数据结构和算法的基础。