栈和队列的相同点和区别（图文并茂，新手必看）

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于 2025-03-31 22:23:41 发布

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文章标签：数据结构 c语言 c++ 栈和队列栈队列数据结构C语言

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栈和队列是数据结构中的两种存储结构，它们的相同点是：

栈和队列存储的都是逻辑关系为“一对一”的数据，本质上它们都属于线性存储结构。

栈和队列的区别在于：

栈存储数据，讲究“先进后出”，即最先进栈的数据，最后出栈；队列存储数据，讲究 "先进先出"，即最先进队列的数据，也最先出队列。

对于没有系统学过栈和队列的读者，上面两句话很可能读不明白。没关系，接下来我将详细讲解栈和队列这两种存储结构。

数据结构中的栈

对于逻辑关系为“一对一”的数据，除了用顺序表和链表存储外，还可以用栈结构存储。

栈是一种“特殊”的线性存储结构，它的特殊之处体现在以下两个地方：
1、元素进栈和出栈的操作只能从一端完成，另一端是封闭的，如下图所示：

栈存储结构示意图

图 1 栈存储结构示意图

通常，我们将元素进栈的过程简称为“入栈”、“进栈”或者“压栈”；将元素出栈的过程简称为“出栈”或者“弹栈”。

2、栈中无论存数据还是取数据，都必须遵循“先进后出”的原则，即最先入栈的元素最先出栈。以图 1 的栈为例，很容易可以看出是元素 1 最先入栈，然后依次是元素 2、3、4 入栈。在此基础上，如果想取出元素 1，根据“先进后出”的原则，必须先依次将元素 4、3、2 出栈，最后才能轮到元素 1 出栈。

我们习惯将栈的开口端称为栈顶，封口端称为栈底。例如在图 1 中，元素 4 一侧为栈顶，元素 1 一侧为栈底，如图 2 所示。

栈顶和栈底

图 2 栈顶和栈底

由此我们可以对栈存储结构下一个定义：栈一种“只能从一端存取元素，且存取过程必须遵循‘先进后出’原则”的线性存储结构。

栈的实际应用

对于刚刚接触栈存储结构的读者来说，可能很难理解为什么会设计出“栈”这种存储结构，它有什么用？栈是一种特殊的线性存储结构，借助它的“特殊性”，可以解决很多实际问题。

1) 实现浏览器的“回退”功能

所谓浏览器的“回退”功能，比如您用浏览器打开 A 页面，然后从 A 页面跳转到 B 页面，然后再从 B 页面跳转到 C 页面。这种情况下，如果想回到 A 页面，有两种方法：

重新搜索找到 A 页面；
借助浏览器的“回退”功能，先从 C 页面回退到 B 页面，再从 B 页面回退到 A 页面。

很多浏览器的“回退”功能就位于工具栏中，图标是一个类似←的箭头。

浏览器的“回退”功能底层就是用栈存储结构实现的，当从 A 页面跳转到 B 页面时，浏览器会执行入栈操作，A 页面信息会存入栈中；同样，从 B 页面跳转到 C 页面时，B 页面信息会存入栈中。当点击浏览器的“回退”按钮时，浏览器会执行“出栈”操作，根据“先进后出”的原则，B 页面先出栈，然后 A 页面出栈，这样就实现了“回退”的功能。

2) 实现 C 语言函数的相互调用

C语言程序中，函数间的相互调用过程也是用栈存储结构实现的。

举个简单的例子：

/**
*  快速入门数据结构 https://xiecoding.cn/ds/
**/
void func(){
    printf("Hello,World!");
}
int main(){
    func();
    return 0;
}

这段 C 语言程序中有两个函数，分别是 main() 函数和 func() 函数，其中 main() 函数内部调用了 func() 函数。

程序执行时，main() 函数会最先入栈，执行到第 5 行代码时，需要执行 func() 函数，此时会将 func() 函数入栈。等待 func() 函数执行完后，func() 函数会出栈，此时 main() 函数中的剩余代码会继续执行，直至 main() 函数执行完毕，做出栈操作，整个程序就执行结束了。

3) 解决一些实际问题

借助栈存储结构，可以快速解决类似“进制转换”、“括号匹配”等问题，具体的解决过程会在后续文章中做详细讲解。

栈的具体实现

和线性表类似，栈存储结构也有两种具体的实现方案：

顺序栈：用顺序表存储数据，数据存取的过程严格遵循栈结构的规定；
链栈：用链表存储数据，数据存储的过程严格遵循栈结构的规定。

显然，顺序栈和链栈两种实现方案，本质的区别仍然是顺序表和链表之间的区别，即顺序栈是将所有数据集中存储，而链栈是将数据分散存放，元素之间的逻辑关系靠指针维系。

数据结构中的队列

队列用来存储逻辑关系为“一对一”的数据，是一种“特殊”的线性存储结构。

和顺序表、链表相比，队列的特殊性体现在以下两个方面：
1、元素只能从队列的一端进入，从另一端出去，如下图所示：

队列存储结构

图 1 队列存储结构

通常，我们将元素进入队列的一端称为“队尾”，进入队列的过程称为“入队”；将元素从队列中出去的一端称为“队头”，出队列的过程称为“出队”。

2、队列中各个元素的进出必须遵循“先进先出”的原则，即最先入队的元素必须最先出队。

以图 1 所示的队列为例，从各个元素在队列中的存储状态不难判定，元素 1 最先入队，然后是元素 2 入队，最后是元素 3 入队。如果此时想将元素 3 出队，根据“先进先出”原则，必须先将元素 1 和 2 依次出队，最后才能轮到元素 3 出队。

强调：栈和队列不要混淆，栈是一端开口、另一端封口，元素入栈和出栈遵循“先进后出”原则；队列是两端都开口，但元素只能从一端进，从另一端出，且进出队列遵循“先进先出”的原则。

队列的实际应用

队列在操作系统中应用的十分广泛，比如用它解决 CPU 资源的竞争问题。

对于一台计算机来说，CPU 通常只有 1 个，是非常重要的资源。如果在很短的时间内，有多个程序向操作系统申请使用 CPU，就会出现竞争 CPU 资源的现象。不同的操作系统，解决这一问题的方法是不一样的，有一种方法就用到了队列这种存储结构。

假设在某段时间里，有 A、B、C 三个程序向操作系统申请 CPU 资源，操作系统会根据它们的申请次序，将它们排成一个队列。根据“先进先出”原则，最先进队列的程序出队列，并获得 CPU 的使用权。待该程序执行完或者使用 CPU 一段时间后，操作系统会将 CPU 资源分配给下一个出队的程序，以此类推。如果该程序在获得 CPU 资源的时间段内没有执行完，则只能重新入队，等待操作系统再次将 CPU 资源分配给它。

队列还可以用来解决一些实际问题，比如实现一个简单的停车场管理系统、实现一个推小车卡牌游戏等，后续会做详细讲解。