栈与队列的相同点和不同点的区别

栈和队列是两个常见的数据结构，它们都有自己的特点和应用场景。虽然它们都可以存储一系列元素并支持特定的操作，但是它们之间也存在着很多明显的区别。本文将从多个角度分析栈与队列的相同点和不同点的区别。

一、数据结构特点

栈和队列都是线性结构，即数据元素之间存在一对一的关系。栈采用后进先出（Last In First Out, LIFO）的方式，只允许在一端进行插入和删除操作，该端称为栈顶；而队列采用先进先出（First In First Out, FIFO）的方式，允许在队列的一端进行插入操作，在队列的另一端进行删除操作，分别称为队尾和队头。

二、应用场景

由于两者不同的特点，它们有着各自不同的应用场景。

1. 栈的应用

在编译器中，栈用于存储函数调用的参数、局部变量和返回地址等信息；

在表达式求值中，用一个栈来存储操作符及中间结果；

在undo操作中，栈用于记录操作历史，使得可以撤销最近执行的操作。

2. 队列的应用

在操作系统中的进程调度中，队列用于存储等待执行的进程；

在广度优先搜索算法中，队列用于存储待扩展的节点；

在有界缓存区处理中，队列用于存储到来的请求，并按照一定的策略进行处理。

三、存储结构

栈和队列的存储结构也不同，虽然它们都可以用数组或链表实现。

1. 栈的存储结构

栈主要有两种存储结构，分别为顺序栈和链式栈。

顺序栈是一种基于数组的数据结构，它可以支持高效的顺序存储和随机访问。在顺序栈中，用一个变量 top 来表示栈顶位置，插入一个元素时，先把 top 加 1，然后在 top 所指向的位置放入该元素。删除一个元素时，先把 top 所指的元素返回，然后让 top 减 1。

链式栈基于链表实现，相比顺序栈，链式栈可以根据需要伸缩，并支持任意长度的栈。链式栈中，每个节点存储一个元素，并且存储一个指向下一个节点的指针。

2. 队列的存储结构

队列也有两种存储结构，分别为顺序队列和链式队列。

顺序队列是一种基于数组的数据结构，它通过 front 和 rear 两个指针分别指向队列头和队列尾，并用一个数组来存储队列的元素。插入一个元素时，先将 rear 加 1，然后在 rear 指向的下标处存储该元素。删除一个元素时，先将 front 加 1，然后返回 front 指向的下标处的元素。

链式队列基于链表实现，每个节点存储一个元素，并且存储一个指向下一个节点的指针。和链式栈类似，链式队列也支持任意长度的队列，并可以根据需要动态伸缩。

四、时间复杂度

对于栈和队列的操作，我们可以通过时间复杂度来比较它们的效率。

1. 栈的时间复杂度

插入元素和删除元素都只在栈顶进行，所以栈的插入和删除的时间复杂度均为 O(1)。

随机访问栈中的元素需要遍历整个栈，因此栈的随机访问的时间复杂度为 O(N)，其中 N 为栈中元素个数。

2. 队列的时间复杂度

队列的插入和删除操作都是在不同的端点进行，因此它们的时间复杂度均为 O(1)。

队列的随机访问需要遍历整个队列，因此队列的随机访问的时间复杂度为 O(N)，其中 N 为队列中元素个数。