栈和队列 | 一场无限延伸之旅

2023-10-20 06:41:06

栈与队列：数据结构世界中的两大巨头

栈：后进先出

想象一下你在洗碗。你会把盘子叠放在水槽中，后放的盘子叠在最上面。当你想取盘子时，你总是先拿走最上面的那个。这就是栈的工作原理：后进先出。就像叠放盘子一样，你可以向栈中添加元素（压栈），也可以从栈中删除元素（弹栈）。栈遵循“后进先出”的原则，这意味着最后添加的元素总是第一个被删除。

队列：先进先出

现在想象一下你正在排队买咖啡。排队的人员按照先来后到的顺序排列。当轮到最前面的人时，他们会先得到咖啡。这就是队列的工作原理：先进先出。与栈类似，你也可以向队列中添加元素（入队）和从队列中删除元素（出队）。但队列遵循“先进先出”的原则，这意味着最早添加的元素总是第一个被删除。

栈在计算机中的应用

栈在计算机科学中有着广泛的应用，主要用来存储临时数据。例如，在函数调用时，栈用来保存局部变量、函数参数和返回地址。栈还可以用来实现递归算法，因为递归算法需要在执行过程中保存大量的中间结果。

代码示例：

// 创建一个栈
class Stack {
    private:
        vector<int> elements;
    public:
        void push(int element) { elements.push_back(element); }
        int pop() {
            if (elements.empty()) throw runtime_error("Stack is empty");
            int element = elements.back();
            elements.pop_back();
            return element;
        }
};

// 使用栈
int main() {
    Stack stack;
    stack.push(1);
    stack.push(2);
    stack.push(3);
    cout << stack.pop() << endl; // 输出 3
    cout << stack.pop() << endl; // 输出 2
    cout << stack.pop() << endl; // 输出 1
    return 0;
}

队列在生活中的应用

队列在我们的日常生活中也很常见。例如，排队等候、公共汽车站台、银行柜台等场景中，人们都会按照先进先出的原则排列。在计算机科学中，队列也经常用于管理网络数据包、进程调度和数据库查询请求。

代码示例：

// 创建一个队列
class Queue {
    private:
        vector<int> elements;
    public:
        void enqueue(int element) { elements.push_back(element); }
        int dequeue() {
            if (elements.empty()) throw runtime_error("Queue is empty");
            int element = elements.front();
            elements.erase(elements.begin());
            return element;
        }
};

// 使用队列
int main() {
    Queue queue;
    queue.enqueue(1);
    queue.enqueue(2);
    queue.enqueue(3);
    cout << queue.dequeue() << endl; // 输出 1
    cout << queue.dequeue() << endl; // 输出 2
    cout << queue.dequeue() << endl; // 输出 3
    return 0;
}