数据结构特殊线性表：栈与队列，深入理解！

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2023-09-14 19:11:51

引言：

数据结构是构建高效软件系统的基石，其中栈和队列作为特殊的线性表，在处理各类数据场景中发挥着至关重要的作用。本文将深入探究栈和队列的本质，探索它们在现实世界中的应用，并提供清晰的示例，让您全面掌握这些数据结构。

栈：后进先出

栈是一种先进后出的（Last-In First-Out，简称 LIFO）数据结构，想象一个放盘子的盘子叠，您只能从顶部添加或移除盘子。栈操作主要包括：

压栈 (push) ：将元素添加到栈顶
弹栈 (pop) ：移除并返回栈顶元素
栈顶 (top) ：返回栈顶元素而不移除

栈在管理函数调用、表达式的求值以及浏览器历史记录的维护中有着广泛的应用。

队列：先进先出

与栈相反，队列是一种先进先出的（First-In First-Out，简称 FIFO）数据结构，就好比排队买票，先排队的人先买到票。队列操作主要包括：

入队 (enqueue) ：将元素添加到队尾
出队 (dequeue) ：移除并返回队首元素
队首 (front) ：返回队首元素而不移除

队列常用于进程调度、消息处理和事件处理中。

栈与队列的比较

特征	栈	队列
数据访问	后进先出	先进先出
典型操作	压栈、弹栈、栈顶	入队、出队、队首
应用场景	函数调用、表达式求值	进程调度、消息处理

现实世界中的应用

栈和队列在现实世界中有许多应用：

栈：
- 函数调用：存储局部变量和函数返回地址
- 后缀表达式求值：计算表达式值
- 浏览器历史记录：记录访问的网页
队列：
- 进程调度：安排进程的执行顺序
- 消息处理：管理来自不同来源的消息
- 打印机缓冲区：存储等待打印的文件

实例演示

# 栈实现
class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def push(self, item):
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        if self.is_empty():
            return None
        return self.items.pop()

    def top(self):
        if self.is_empty():
            return None
        return self.items[-1]

    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0


# 队列实现
class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def enqueue(self, item):
        self.items.append(item)

    def dequeue(self):
        if self.is_empty():
            return None
        return self.items.pop(0)

    def front(self):
        if self.is_empty():
            return None
        return self.items[0]

    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0