栈和队列的区别

2025年4月19日 | 阅读 6 分钟

首先,我们将分别探讨什么是栈什么是队列,然后讨论栈和队列的区别。

什么是栈?

栈 (Stack) 是一种线性数据结构。在数组的情况下,可以进行随机访问,即数组的任何元素都可以随时访问,而在栈中,只能进行顺序访问。它是一个遵循插入和删除规则的容器。它遵循后进先出 (LIFO) 的原则,其中插入和删除都发生在称为栈顶 (top) 的一侧。在栈中,我们可以插入相同数据类型的元素,也就是说,不同数据类型的元素不能插入到同一个栈中。在 LIFO 中执行两个操作,即pushpop操作。

Stack vs. Queue

以下是可以对栈执行的操作:

  • push(x):这是一个操作,用于将元素插入到栈顶。在push函数中,我们需要传递要插入到栈中的元素。
  • pop():这是一个操作,用于从栈顶删除元素。在pop()函数中,我们不需要传递任何参数。
  • peek()/top():此函数返回栈中可用的最顶层元素的值。与 pop() 一样,它返回最顶层元素的值,但不会从栈中移除该元素。
  • isEmpty():如果栈为空,则此函数将返回 true 值,否则将返回 false 值。
  • isFull():如果栈已满,则此函数将返回 true 值,否则将返回 false 值。

在栈中,栈顶 (top) 是一个指针,用于跟踪最后插入的元素。要实现栈,我们应该知道栈的大小。我们需要分配内存来获取栈的大小。有两种实现栈的方法:

  • 静态:栈的静态实现可以通过数组来完成。
  • 动态:栈的动态实现可以通过链表来完成。

什么是队列?

队列 (Queue) 是一种线性数据结构。它是一个有序列表,遵循先进先出 (FIFO) 的原则。队列是一种在插入和删除方面有一些限制的结构。在队列的情况下,插入是从一端进行的,该端称为队尾 (rear)。删除是从另一端进行的,该端称为队头 (front)。在队列中,插入和删除的技术术语分别是enqueue()dequeue(),而在栈中,插入和删除的技术术语分别是 push() 和 pop()。其结构包含两个指针队头指针 (front pointer)队尾指针 (rear pointer),其中队头指针指向第一个添加到队列的元素,队尾指针指向最后添加到队列的元素。

Stack vs. Queue

栈和队列之间的相似之处。

栈和队列之间有两种相似之处:

  • 线性数据结构
    栈和队列都是线性数据结构,这意味着元素是按顺序存储并在单个运行中访问的。
  • 大小灵活
    栈和队列的大小都灵活,这意味着它们可以在运行时根据需要进行增长和缩小。

栈和队列的区别

Stack vs. Queue

以下是栈和队列之间的区别:

比较基础StackQueue
原则它遵循 LIFO(后进先出)原则,这意味着最后插入的元素将是第一个被删除的元素。它遵循 FIFO(先进先出)原则,这意味着首先添加的元素将是第一个从列表中移除的元素。
结构它只有一个端,插入和删除都发生在该端,该端称为栈顶。它有两个端,即队头和队尾。队头用于删除,队尾用于插入。
使用的指针数量它只有一个指针,称为栈顶指针。栈顶指针保存最后插入的元素或栈顶元素的地址。它包含两个指针:队头指针和队尾指针。队头指针保存第一个元素的地址,而队尾指针保存队列中最后一个元素的地址。
执行的操作它执行两个操作:push 和 pop。push 操作将元素插入到列表中,而 pop 操作从列表中删除元素。它主要执行两个操作:enqueue 和 dequeue。enqueue 操作执行队列中元素的插入,而 dequeue 操作执行队列中元素的删除。
空条件检查如果 top == -1,则表示栈为空。如果 front == -1 或 front = rear + 1,则表示队列为空。
满条件检查如果 top == max - 1,则此条件表示栈已满。如果 rear == max - 1,则此条件表示栈已满。
变体它没有类型。它有三种类型:优先队列、循环队列和双端队列。
实施它的实现更简单。与栈相比,它的实现要复杂一些。
可视化栈被可视化为垂直集合。队列被可视化为水平集合。
性能在栈中,所有操作都更快,因为它结构简单。在队列中,所有操作都比栈慢。
内存管理在栈中,内存使用非常低,因为它们不需要同时维护队头和队尾指针。但在队列中,内存使用率非常高。
数据可访问性在栈中,我们可以通过操作来访问最顶层的元素。在队列中,我们可以访问队头和队尾,这使得更复杂的数据处理场景成为可能。
并发和同步对于并发程序和多线程环境,栈是不可接受的。对于并发程序和多线程环境,我们必须借助队列。
数据表示可以使用数组、链表或动态数组来实现栈。队列也可以使用类似的数据结构以及循环缓冲区等变体来实现,以提高内存使用效率。
复杂度分析栈操作的时间复杂度对于 push 和 pop 操作都是 O(1)。在队列中,对于数组实现,enqueue 和 dequeue 操作通常具有 O(1) 的时间复杂度,但对于链表实现,可能具有 O(1) 和 O(n) 的时间复杂度,其中 n 是队列中的元素数量。
错误处理当尝试将元素推送到已满的栈时,栈可能会遇到堆栈溢出错误。当尝试将元素入队到已满的队列时,队列可能会遇到队列溢出错误。
反转操作栈可以轻松用于反转元素的顺序,因为从栈中弹出元素会以相反的顺序检索它们。由于其 FIFO 的性质,队列在反转其顺序时需要更复杂的操作。
递归实现由于其 LIFO 结构,栈通常在递归算法中隐式使用。每个递归调用通常在进行下一次递归调用之前将信息推送到栈中。队列很少直接用于递归算法,因为它们的 FIFO 特性,尽管在某些情况下可以间接使用。