队列/栈基本设计

队列/栈基本原理
计算机本质上有两种存储数据的方式，一种是顺序结构也就是我们之前说的数组，另外一种是链式结构也就是我们之前聊的链表，之后我们聊的所有的数据结构都是基于这两种存储方式来实现的，也就是说后面我们学习的数据结构都是通过逻辑上的构建，用这两种存储方式模拟而成的。

本文我们会详细的介绍两种基本的数据结构队列和栈，在后续的文章中我们会详细的讲解如何用代码具体的实现。

本质上来说，栈和队列是【受限制】的数据结构，我们之前说对于所有的数据结构来说，基本的操作就是“增删改查创”，也就是他受限制的操作也就是这5个中的某些操作，因此他提供的API就是不完整的。

在我们之前学习的过程中我们知道，只要内存够的情况下，并且你的操作或者说索引不越界的情况，那你可以随便的进行“增删改查”，但是对于栈和队列，他们的操作就是受限制的，他们的限制是：**队列只能在一端进行插入操作，而另一端只能进行删除操作；而栈只能在一端进行插入和删除操作。**有同学会说这不就是阉割版本的数组或者链表吗，有什么用处，没原来的方便。但是你换一个思路想，在某些场景下，例如排队、发书收书等场景下，不需要中间过多的操作，并且在这样的逻辑下，你根本不需要考虑中间元素是否会发生改变，较少和优化了API的设计不也是一种优化吗！

因此栈和队列会在某些场景下有其独特的使用方式，在这些场景下我们如果有相对应的API会方便很多。

回过头来我们再说队列和栈，形象地理解，队列只允许在队尾插入元素，在队头删除元素，栈只允许在栈顶插入元素，从栈顶删除元素。这个图中把栈竖着画，队列横着画，只是为了更形象，但实际上它们底层都是数组和链表实现的，如图所示：

队列就想排队买票，栈就像垒盘子，因此我们常说队列是一种「先进先出」的数据结构，栈是一种「先进后出」的数据结构，就是这个道理。

// 队列的基本 API
template <typename E>
class MyQueue {
public:
    // 向队尾插入元素，时间复杂度 O(1)
    void push(const E& e);

    // 从队头删除元素，时间复杂度 O(1)
    E pop();

    // 查看队头元素，时间复杂度 O(1)
    E peek() const;

    // 返回队列中的元素个数，时间复杂度 O(1)
    int size() const;
};

// 栈的基本 API
template <typename E>
class MyStack {
public:
    // 向栈顶插入元素，时间复杂度 O(1)
    void push(const E& e);

    // 从栈顶删除元素，时间复杂度 O(1)
    E pop();

    // 查看栈顶元素，时间复杂度 O(1)
    E peek() const;

    // 返回栈中的元素个数，时间复杂度 O(1)
    int size() const;
};

不同语言下的API提供方式可能不同，这里提供的是C++语言的名称，我们可以尝试着用数组和链表来模拟出栈和队列，这是我们学习栈和队列的必经之路!!!