栈和队列知识点

栈和队列是计算机科学中最基本的和最常用的数据结构之一。它们是用于存储和操作数据的工具，具有广泛的应用。在本文中，我们将从多个角度对栈和队列进行分析。

一、定义

栈是一种后进先出（Last In First Out，LIFO）的数据结构。它可以看作是一种线性表，只允许在一端进行插入和删除操作。这一端被称为栈顶，另一端被称为栈底。在栈中，最后插入的元素将首先被删除。

队列是一种先进先出（First In First Out，FIFO）的数据结构。它也可以看作是一种线性表，只不过它允许在两端进行插入和删除操作。其中，插入操作在队尾进行，删除操作在队头进行。

二、应用

1.计算机底层体系结构

栈在计算机底层的体系结构中，有着至关重要的作用。在CPU的寄存器中，就有一个专门用于存储栈顶指针的寄存器。这个寄存器一般称为ESP（Extended Stack Pointer），用于指向栈顶元素。当执行函数调用时，CPU会将函数的返回地址、参数等信息依次压入栈中。而函数返回时，这些信息将会按照相反的顺序从栈中弹出，恢复堆栈状态。

2. 编程语言中的函数调用

在编程语言中，函数也经常会用到栈。当一个函数被调用时，系统会为该函数创建一个新的栈帧。在栈帧中，会包含函数的参数、局部变量、返回地址等信息。该函数执行完毕后，对应的栈帧将会被弹出，堆栈状态恢复到之前的状态。

队列在网络传输过程中，也经常会被用到。例如，计算机发送数据包时，就是通过队列来暂存将要发送的数据包。这些数据包按照FIFO的顺序依次排队等待发送。当网络带宽充足时，这些数据包就会以一定的速率被发送出去。如果网络带宽不足，则只能等待更多的数据包被发送出去，以便腾出空间给新的数据包。

三、常见的栈的实现方式

1. 顺序栈

顺序栈是一种使用数组实现的栈。在顺序栈中，使用一个数组来存储栈中的元素。同时，顺序栈还需要记录栈顶元素的位置。当执行压栈操作时，栈顶指针加1，将元素放入栈顶位置。弹栈操作时，从栈顶位置取出元素，并将栈顶指针减1。

2. 链栈

链栈是一种使用链表实现的栈。在链栈中，每个节点包含两个域：一个数据域和一个指针域。其中，指针域指向链表的下一个节点。链栈不需要一个固定大小的数组，因此可以动态地增加或减少栈的大小。链栈还可以通过在链表的头部添加节点来实现常数时间内的插入操作。

四、常见的队列的实现方式

1. 队列

队列是一种使用数组实现的队列。在队列中，使用一个固定大小的数组来存储队列中的元素。同时，队列需要记录队头和队尾的位置。当执行入队操作时，将元素放置在队尾位置，同时将队尾加1。执行出队操作时，从队头位置取出元素，并将队头加1。

2. 链队列

链队列是一种使用链表实现的队列。在链队列中，每个节点包含两个指针域：一个指向队列的头和一个指向队列的尾。当执行入队操作时，将元素添加到队尾处；当执行出队操作时，从队头位置取出元素。链队列同样可以动态地增加或减少队列的大小。