数据结构栈与队列

栈与队列是数据结构中常用的两种数据类型，它们却有着显著的不同之处。本文将从多个角度分析栈与队列，包括它们的基本概念、使用场景、操作方法、优劣势比较和实现方式等。

一、基本概念

1.栈

栈(Stack)是一种线性数据结构，具有先进后出的特点，只需要在一端进行插入和删除操作。栈是为解决如：函数调用，表达式求值等问题而设计出的一种数据结构。

2.队列

队列(Queue)也是一种线性数据结构，具有先进先出的特点，允许在队列尾部进行插入操作，在队列头部进行删除操作。队列是为解决如：进程调度，消息缓存等问题而设计出的一种数据结构。

二、使用场景

1.栈

由于栈的后进先出的特点，所以栈常用在程序中对操作步骤进行记录和回退。在程序运行中进行函数调用时，函数内部的变量和信息需要记录，该信息就是通过栈来进行存储的。另外，在进行表达式计算的时候，为了保证计算结果的正确性，需要使用到栈。

2.队列

队列常用在程序中对操作任务进行处理，由于队列具有先进先出的特点，所以可以保证任务的处理顺序。在操作系统中，进程和线程的操作管理都是通过使用队列来进行调度的。在消息队列中，队列的应用也是非常广泛的，可以对消息进行缓存和按照先后顺序进行处理。

三、操作方法

1.栈

入栈(push)：将元素加入到栈顶。

出栈(pop)：将栈顶元素删除。

查看栈顶元素(top)：不改变栈中的值，查看栈顶的数值。

判断栈是否为空(empty)：判断栈是否为空。

2.队列

入队(push)：将元素加入到队尾。

出队(pop)：将队首元素删除。

查看队首元素(front)：不改变队列中的值，查看队首的数值。

查看队列长度(length)：查看队列的长度。

四、优劣势比较

1.栈

优势：对栈进行push、pop操作的时间复杂度都是O(1)，非常适合进行快速操作的存储。

劣势：栈只能在一端进行操作，所以灵活性不如队列。

2.队列

优势：队列可以在队首、队尾进行操作，所以操作灵活性较强，在一些任务管理中非常适用。

劣势：由于使用队列进行操作时，队首和队尾都是需要进行操作的，所以操作起来相对麻烦。

五、实现方式

1.栈

常见栈的实现方式有两种，分别为数组实现和链表实现。

数组实现：由于数组在内存中是连续的存储空间，所以在进行进栈出栈等操作时，只需要改变数组的指向即可。

链表实现：由于链表其节点不必要是在内存中连续的存储空间，所以链表实现的栈主要改变链表节点的指向来实现。

2.队列

常见队列的实现方式也有两种，分别为数组实现和链表实现。

数组实现：在队列操作中，队列一般使用数组来进行实现，数组队列中通常会定义两个指针，一个指向队首，另一个指向队尾。

链表实现：队列的链表实现和栈的链表实现非常相似，不同的是链表队列的节点除了保存值还需要记录后继节点的指针。