数据结构精讲：栈与队列的原理与应用

"学习指南-数据结构 栈和堆类" 在计算机科学中，数据结构是组织和存储数据的方式，以便高效地访问和修改。本章重点探讨的是两种特殊的数据结构——栈和队列，它们在解决问题时具有重要的应用价值。栈和队列都是线性表的变体，但对插入和删除操作有着特定的限制。 栈（Stack）被称为“后进先出”（Last In First Out，简称LIFO）的数据结构，因为它只允许在表的一端，即栈顶进行插入（称为压栈或入栈）和删除（称为弹栈或出栈）操作。栈底是元素的起点，而栈顶是元素的终点。当没有元素时，我们称之为空栈。栈的一个典型应用场景是函数调用，其中每个新调用的函数会被压入栈中，待执行完毕后再从栈顶弹出。 队列（Queue）则遵循“先进先出”（First In First Out，简称FIFO）的原则。元素在队列的一端加入（入队），在另一端移除（出队）。这种结构类似于现实生活中的排队等待，先到的人先处理。队列有多种实现方式，包括数组队列和链式队列。 在C语言中，栈和队列可以通过数组或链表来实现。对于栈，可以使用数组的一端作为栈顶，每次操作只需关注栈顶元素即可。而队列的实现通常分为顺序队列（使用数组）和链队列（使用链表）。顺序队列在数组满时需要处理队满情况，通常通过双指针来模拟环形队列，避免数组扩容；链队列则更灵活，插入和删除操作通常涉及修改节点的链接关系。 本章的学习目标包括： 1. 理解栈和队列的特性，并能根据问题选择合适的结构。 2. 掌握栈的两种实现方式，通常是数组和链表。 3. 熟练使用循环队列和链队列，实现基本操作如入队、出队、判空等算法。 4. 了解递归算法执行时栈状态的变化，递归本质上就是栈操作的体现。 在学习过程中，通过完成指定的算法设计题目，如3.15至3.32，可以加深对栈和队列应用的理解。这些题目涵盖了栈的应用，如表达式求值、括号匹配等，以及队列的不同实现方法，如循环队列和链队列的模拟。 为了更好地理解和应用这些概念，读者需要熟悉C语言的基本语法和数据结构，同时具备一定的抽象思维能力，能够将实际问题转化为数据结构模型。掌握好栈和队列的原理和实现，不仅有助于解决编程问题，也为学习更复杂的数据结构和算法打下坚实基础。