数据结构精讲：栈与队列实战指南

上节我们说到数据结构的动态链表实现方式，接下来我们讲一下数据结构中的栈和队列！

一、栈

1.定义

栈（Stack）是一种数据结构，它遵循"先进后出"的原则。也就是说，最后被加入栈中的元素会最先被移除（意思就是栈顶元素先被弹出）。

可以把栈想象成一堆盘子，盘子放得越高，最上面那个盘子就是你最先能拿到的，下面的盘子得等到上面的盘子被拿掉后才能拿到。

图示：

2.什么时候需要使用栈

• 撤销、回溯：当需要处理"后退"操作时。
• 递归或嵌套结构：当存在递归调用或嵌套的表达式、结构时。
• 反向处理数据：当需要按逆序处理数据时。
• 匹配和验证：当需要检查配对关系（如括号匹配、标签配对等）时。
• 退出或返回操作：当需要模拟函数调用或"返回"操作时。
• 有限的数据存储和顺序处理：当需要临时顺序存储并处理有限数据时。
• 深度优先遍历：在遍历树或图时，栈可以帮助管理当前路径

比方说你想做一个计算器就可以用栈来进行存储数据内容。

3.如何实现栈

我们这里依旧使用的是用数组进行模拟栈。

代码说明：

stk[N]数组来进行存储数据

tt表示栈顶 （我们这里是当tt = 0 表示栈为空）

//插入元素
stk[++tt] = x;

//弹出元素
tt--；

//判断栈是否为空
if(tt == 0) 为空
else 不为空

//访问栈顶元素
stk[tt]

二、队列

1.定义

队列（Queue）是一种线性数据结构，遵循 "先进先出" 的原则。也就是说，最早进入队列的元素会最先被移除，类似排队买票的过程：第一个排队的人先得到服务，最后一个排队的人则要等最久。

队列的基本操作：

1. Enqueue（入队）：将一个元素添加到队列的尾部。
2. Dequeue（出队）：从队列的头部移除一个元素，通常是返回并移除队列中的第一个元素。
3. Front（队头）：返回队列头部的元素，但不移除它。
4. Rear（队尾）：返回队列尾部的元素。
5. IsEmpty（空队列检查）：检查队列是否为空。
6. Size（队列大小）：返回队列中元素的个数。

队列的特点：

• 先进先出：第一个进入队列的元素会是第一个被移除的元素。
• 队列中元素的加入和移除操作总是发生在队尾和队头位置。

2.什么时候需要使用队列

按顺序处理任务：例如任务调度、请求处理、打印队列等。

广度优先搜索（BFS）：用于按层次顺序遍历图或树。

消息队列：用于消息传递、任务异步处理。

流量控制和缓冲区管理：例如流量控制、生产者-消费者模型。

事件驱动模型：例如GUI事件、用户输入响应等。

缓存管理：例如缓存淘汰（FIFO策略）。

数据流处理：例如音视频流、实时数据传输等。

定时任务调度：确保任务按顺序执行。

进程间通信：多线程/多进程之间的数据传递。

使用队列的关键在于是否需要按顺序处理数据或任务，尤其是当任务或数据进入顺序非常重要时，队列是非常合适的选择。如果你还不确定某个场景是否适合使用队列，考虑是否需要保持顺序 、分配资源 或按时间排队处理任务，这些都是队列典型的应用场景。

3.如何实现队列

我们这里同样采用的是用数组进行模拟队列。

代码说明：

q[N] 存储数值

hh 表示对头(设置为0)

tt 表示队尾（设置为-1）

//入队
q[++tt] = x;

//出队
hh++；

//判断队列是否为空
if(hh <= tt) 表示为空
else 表示不为空

//取出对头
q[hh];

三、总结

这两个数据的写法比较简单，大家主要是要去理解一下它们的使用场景！！！

.想，全是问题；做，才有答案。大家共勉！