十天学完基础数据结构-第五天（栈（Stack）和队列（Queue））

栈的定义和特点

栈是一种线性数据结构，它遵循后进先出（LIFO）原则。栈具有以下基本概念和特点：

• 栈顶：栈的顶部元素，是唯一可访问的元素。

• 入栈：将元素添加到栈顶。

• 出栈：从栈顶移除元素。

栈常常用于跟踪函数调用、表达式求值等场景。

队列的定义和特点

队列是一种线性数据结构，它遵循先进先出（FIFO）原则。队列具有以下基本概念和特点：

• 队列前端：队列的第一个元素，是唯一可访问的元素。

• 队尾：队列的最后一个元素，用于添加新元素。

• 入队：将元素添加到队尾。

• 出队：从队列前端移除元素。

队列常常用于任务调度、缓冲数据等场景。

栈和队列的常见操作

栈和队列支持以下常见操作：

栈：

1. 入栈：将元素添加到栈顶。

2. 出栈：从栈顶移除元素。

3. 获取栈顶元素：查看但不移除栈顶元素。

队列：

1. 入队：将元素添加到队尾。

2. 出队：从队列前端移除元素。

3. 获取队列前端元素：查看但不移除队列前端元素。

下面是一个简单的C++示例，使用栈和队列：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    // 使用栈
    std::stack<int> myStack;
    
    // 入栈
    myStack.push(1);
    myStack.push(2);
    
    // 出栈
    int topElement = myStack.top();
    myStack.pop();

    // 使用队列
    std::queue<int> myQueue;
    
    // 入队
    myQueue.push(1);
    myQueue.push(2);
    
    // 出队
    int frontElement = myQueue.front();
    myQueue.pop();

    return 0;
}

练习题：

1. 栈和队列的主要区别是什么？给出一个现实生活中的例子，说明何时使用栈和何时使用队列。

2. 在栈中，最后一个入栈的元素是什么？在队列中，最后一个入队的元素是什么？

3. 描述一种情况，其中栈可以用于解决问题。

4. 描述一种情况，其中队列可以用于解决问题。

栈和队列的主要区别是什么？给出一个现实生活中的例子，说明何时使用栈和何时使用队列。

• 主要区别：主要区别在于数据的访问顺序。栈遵循后进先出（LIFO）原则，最后进入的元素最先被访问。队列遵循先进先出（FIFO）原则，最早进入的元素最先被访问。

• 示例：考虑以下示例，你在超市排队结账。队列的应用是很明显的，因为先来的顾客应该先结账，即最早进入队列的人最先付款。现实生活中的这种情况适合使用队列。

在栈中，最后一个入栈的元素是什么？在队列中，最后一个入队的元素是什么？

• 栈：在栈中，最后一个入栈的元素成为栈顶元素。栈顶元素是唯一可访问的元素，而且最后一个入栈的元素将成为新的栈顶元素。

• 队列：在队列中，最后一个入队的元素仍然位于队列的队尾，而第一个入队的元素位于队列的队头。队尾元素等待其他元素出队后才能被访问。

描述一种情况，其中栈可以用于解决问题。

• 情况示例：计算器应用中的表达式求值。当用户输入一个数或运算符时，可以使用栈来存储操作数和运算符。当遇到运算符时，从栈中弹出操作数，执行运算，然后将结果入栈。这样，栈可以帮助跟踪表达式的计算顺序。

注意：确保栈的操作符和操作数的顺序遵循运算符的优先级和结合性规则。

描述一种情况，其中队列可以用于解决问题。

• 情况示例：任务调度。假设有多个任务需要执行，这些任务按照不同的优先级到达，可以使用队列来调度它们的执行顺序。高优先级任务入队时排在队列前端，低优先级任务排在队列后端。这样，队列可以确保按照优先级顺序执行任务。

注意：确保在任务执行时适时更新队列，以便根据新的任务到达情况进行调度。

在使用栈和队列时，要特别注意遵循它们的特点和规则，以确保正确的数据访问顺序和操作顺序。