详细介绍：栈与队列：数据结构中的 孪生兄弟 的本质差异

个人主页-爱因斯晨

文章专栏-数据结构

最近发现一个巨牛的人工智能的学习网站，给大家分享一下~可点击下方链接查看！

人工智能学习网站

在这里插入图片描述

文章目录

1. 引言

在数据结构中，栈和队列是两种重要的线性结构，它们在数据的存储和操作方式上有着显著的不同，各自适用于不同的应用场景。本文将详细阐述栈和队列的概念、差异，并通过 C 语言实现示例，帮助读者深入理解这两种数据结构。

2. 栈和队列的概念界定

2.1 栈

栈是一种遵循 “后进先出”（Last In First Out，LIFO）原则的线性数据结构。它只允许在一端进行插入和删除操作，这一端被称为栈顶，另一端则被称为栈底。

例如，日常生活中叠放的盘子，最后放在上面的盘子可以最先被拿走，这就是栈的典型体现。

2.2 队列

队列是一种遵循 “先进先出”（First In First Out，FIFO）原则的线性数据结构。它允许在一端进行插入操作（队尾），在另一端进行删除操作（队头）。

就像在银行柜台前排队办理业务的人群，先排队的人先办理业务，后排队的人需要等待前面的人办理完毕，这符合队列的特性。

3. 栈和队列的核心差异

对比项栈队列
操作原则后进先出（LIFO）先进先出（FIFO）
操作端仅在栈顶进行插入和删除在队尾插入，在队头删除
应用场景函数调用、表达式求值、括号匹配等任务调度、缓冲处理、广度优先搜索等

4. 栈的 C 语言实现

4.1 栈的结构体定义

#include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
    #define STACK_SIZE 50 // 栈的最大容量
    typedef struct {
    int data[STACK_SIZE];
    // 用于存储栈中元素的数组
    int top;
    // 栈顶指针，指向栈顶元素所在位置
    } Stack;

4.2 栈的基本操作函数

4.2.1 初始化栈
// 功能：初始化栈，使栈为空
// 参数：stack - 指向栈结构体的指针
void InitStack(Stack *stack) {
stack->top = -1;
// 栈顶指针为-1时，表示栈为空
}
4.2.2 判断栈是否为空
// 功能：判断栈是否为空
// 参数：stack - 指向栈结构体的指针
// 返回值：1 - 栈为空；0 - 栈不为空
int IsEmpty(Stack *stack) {
return stack->top == -1;
}
4.2.3 判断栈是否已满
// 功能：判断栈是否已满
// 参数：stack - 指向栈结构体的指针
// 返回值：1 - 栈已满；0 - 栈未满
int IsFull(Stack *stack) {
return stack->top == STACK_SIZE - 1;
}
4.2.4 入栈操作
// 功能：向栈顶插入元素
// 参数：stack - 指向栈结构体的指针；value - 要插入的元素值
// 返回值：1 - 入栈成功；0 - 入栈失败（栈已满）
int Push(Stack *stack, int value) {
if (IsFull(stack)) {
return 0;
}
stack->top++;
stack->data[stack->top] = value;
return 1;
}
4.2.5 出栈操作
// 功能：从栈顶删除元素，并返回该元素值
// 参数：stack - 指向栈结构体的指针；value - 用于存储出栈元素值的指针
// 返回值：1 - 出栈成功；0 - 出栈失败（栈为空）
int Pop(Stack *stack, int *value) {
if (IsEmpty(stack)) {
return 0;
}
*value = stack->data[stack->top];
stack->top--;
return 1;
}

5. 队列的 C 语言实现

5.1 队列的结构体定义

#include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
    #define QUEUE_SIZE 50 // 队列的最大容量
    typedef struct {
    int data[QUEUE_SIZE];
    // 用于存储队列中元素的数组
    int front;
    // 队头指针，指向队头元素
    int rear;
    // 队尾指针，指向队尾元素的下一个位置
    } Queue;

5.2 队列的基本操作函数

5.2.1 初始化队列
// 功能：初始化队列，使队列为空
// 参数：queue - 指向队列结构体的指针
void InitQueue(Queue *queue) {
queue->front = 0;
queue->rear = 0;
}
5.2.2 判断队列是否为空
// 功能：判断队列是否为空
// 参数：queue - 指向队列结构体的指针
// 返回值：1 - 队列为空；0 - 队列不为空
int IsQueueEmpty(Queue *queue) {
return queue->front == queue->rear;
}
5.2.3 判断队列是否已满
// 功能：判断队列是否已满
// 参数：queue - 指向队列结构体的指针
// 返回值：1 - 队列已满；0 - 队列未满
int IsQueueFull(Queue *queue) {
return (queue->rear + 1) % QUEUE_SIZE == queue->front;
}
5.2.4 入队操作
// 功能：向队尾插入元素
// 参数：queue - 指向队列结构体的指针；value - 要插入的元素值
// 返回值：1 - 入队成功；0 - 入队失败（队列已满）
int EnQueue(Queue *queue, int value) {
if (IsQueueFull(queue)) {
return 0;
}
queue->data[queue->rear] = value;
queue->rear = (queue->rear + 1) % QUEUE_SIZE;
return 1;
}
5.2.5 出队操作
// 功能：从队头删除元素，并返回该元素值
// 参数：queue - 指向队列结构体的指针；value - 用于存储出队元素值的指针
// 返回值：1 - 出队成功；0 - 出队失败（队列为空）
int DeQueue(Queue *queue, int *value) {
if (IsQueueEmpty(queue)) {
return 0;
}
*value = queue->data[queue->front];
queue->front = (queue->front + 1) % QUEUE_SIZE;
return 1;
}

6. 栈和队列操作的差异总结

操作栈队列
插入位置栈顶队尾
删除位置栈顶队头
操作原则体现每次插入和删除都在栈顶，体现 LIFO插入在队尾、删除在队头，体现 FIFO
指针变化仅栈顶指针变化队头和队尾指针均可能变化（循环队列中通过取模实现循环）

7. 结论

栈和队列作为两种重要的线性数据结构，由于其操作规则的不同，在实际应用中有着不同的用途。栈适用于需要 “后进先出” 特性的场景，如函数调用、表达式求值等；队列适用于需要 “先进先出” 特性的场景，如任务调度、缓冲处理等。

|
| 指针变化 | 仅栈顶指针变化 | 队头和队尾指针均可能变化（循环队列中通过取模实现循环） |

7. 结论

栈和队列作为两种重要的线性数据结构，由于其操作规则的不同，在实际应用中有着不同的用途。栈适用于需要 “后进先出” 特性的场景，如函数调用、表达式求值等；队列适用于需要 “先进先出” 特性的场景，如任务调度、缓冲处理等。

通过 C 语言的实现，可以更清晰地看到它们在存储结构和操作方式上的差异，理解这些差异对于正确选择和使用这两种数据结构至关重要。

posted @ 2025-08-08 09:51  yjbjingcha  阅读(13)  评论(0)    收藏  举报