Stack栈类与、Queue队列与线性表的区别和联系

栈和队列都属于特殊的线性表

 

一、定义

 

1、线性表（linear list）：

是数据结构的一种，一个线性表是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。数据元素是一个抽象的符号，其具体含义在不同的情况下一般不同。

2、栈（Stack）：

栈是限定仅能在表尾进行插入或删除操作的线性表。对栈来说，表尾称为栈顶、表头称为栈底，不含元素的空表称为空栈。

由于栈的上述特性，最先入栈的元素最后才能被删除，最晚入栈的元素最先被删除，所以栈又称为后进先出的线性表。

应用例子：进制转换、括号匹配检验、行编辑程序、迷宫求解、表达式求值、递归实现

3、队列（Queue）：

和栈相反，队列是一种先进先出的线性表，它只允许在表的一端进行插入，而在另一端删除元素，允许插入的一端叫队尾，允许删除的一端叫队头。

应用例子：操作系统中的作业排队。

双端队列，是限定插入和删除操作在表的两端进行的线性表，尽管双端队列看起来比栈和队列灵活，但实际上在应用程序中远不及栈和队列有用。

二、实现方式和顺序表示

1、线性表：

用一组地址连续的储存单元依次存储线性表的数据元素。以元素在计算机内“物理位置相邻”来表示线性表中数据元素之间的逻辑关系。只要确定了数据元素的起始位置，就可随机地访问数据元素。但是这种表示方法不便于插入和删除元素，每插入或删除一个元素，都要移动插入或删除位置之后的数据元素在连续储存单元中的位置，而且除了重新分配内存，否则在程序运行过程中不能动态地增加储存单元的数量。

2、栈：

和线性表相似，栈也有两种储存方式，顺序栈和链式栈。

顺序栈的实现在于使用了数组这个基本数据结构，数组中的元素在内存中的存储位置是连续的，且编译器要求我们在编译期就要确定数组的大小，这样对内存的使用效率并不高，一来无法避免因数组空间用光而引起的溢出问题，二在系统将内存分配给数组后，则这些内存对于其他任务就不可用；

而链栈使用了链表来实现栈，链表中的元素存储在不连续的地址，由于是动态申请内存，所以我们可以以非常小的内存空间开始，另外当某个项不使用时也可将内存返还给系统。

3、队列

1）.顺序队列

建立顺序队列结构必须为其静态分配或动态申请一片连续的存储空间，并设置两个指针进行管理。一个是队头指针front，它指向队头元素；另一个是队尾指针rear，它指向下一个入队元素的存储位置，如图所示

每次在队尾插入一个元素是，rear增1；每次在队头删除一个元素时，front增1。随着插入和删除操作的进行，队列元素的个数不断变化，队列所占的存储空间也在为队列结构所分配的连续空间中移动。当front=rear时，队列中没有任何元素，称为空队列。当rear增加到指向分配的连续空间之外时，队列无法再插入新元素，但这时往往还有大量可用空间未被占用，这些空间是已经出队的队列元素曾经占用过得存储单元。

顺序队列中的溢出现象：

（1） "下溢"现象：当队列为空时，做出队运算产生的溢出现象。“下溢”是正常现象，常用作程序控制转移的条件。

（2）"真上溢"现象：当队列满时，做进栈运算产生空间溢出的现象。“真上溢”是一种出错状态，应设法避免。

（3）"假上溢"现象：由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。该现象称为"假上溢"现象。

2）.循环队列

在实际使用队列时，为了使队列空间能重复使用，往往对队列的使用方法稍加改进：无论插入或删除，一旦rear指针增1或front指针增1 时超出了所分配的队列空间，就让它指向这片连续空间的起始位置。自己真从MaxSize-1增1变到0，可用取余运算rear%MaxSize和front%MaxSize来实现。这实际上是把队列空间想象成一个环形空间，环形空间中的存储单元循环使用，用这种方法管理的队列也就称为循环队列。除了一些简单应用之外，真正实用的队列是循环队列

在循环队列中，当队列为空时，有front=rear，而当所有队列空间全占满时，也有front=rear。为了区别这两种情况，规定循环队列最多只能有MaxSize-1个队列元素，当循环队列中只剩下一个空存储单元时，队列就已经满了。因此，队列判空的条件时front=rear，而队列判满的条件时front=（rear+1）%MaxSize。队空和队满的情况如图：

三、其他概念

 

1、栈（Stack）

Stack继承Vector类，它通过五个操作对类 Vector 进行了扩展。 栈提供了通常的 push 和 pop 操作，以及取堆栈顶点的 peek 方法、测试堆栈是否为空的 empty 方法、在堆栈中查找项并确定到堆栈顶距离的 search 方法。

empty()判断堆栈是否为空。

peek() 查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它。

pop() 移除堆栈顶部的对象，并作为此函数的值返回该对象。

push(E item)  把项压入堆栈顶部。

search(Object o) 返回对象在堆栈中的位置，以 1 为基数。

2、接口 Queue队列：

    Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Queue接 口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限（即在方法中的参数类型如果是Queue时，就完全只能访问Queue接口所定义的方法 了，而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法），以使得只有恰当的方法才可以使用。BlockingQueue 继承了Queue接口。

队列通常（但并非一定）以 FIFO（先进先出）的方式排序各个元素。不过优先级队列和 LIFO 队列（或堆栈）例外，前者根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序，后者按 LIFO（后进先出）的方式对元素进行排序。无论使用哪种排序方式，队列的头 都是调用 remove() 或 poll() 所移除的元素。在 FIFO 队列中，所有的新元素都插入队列的末尾。其他种类的队列可能使用不同的元素放置规则。每个 Queue 实现必须指定其顺序属性。

Queue使用时要尽量避免Collection的add()和remove()方法，而是要使用offer()来加入元素，使用poll()来获取并移出元素。它们的优点是通过返回值可以判断成功与否，add()和remove()方法在失败的时候会抛出异常。 如果要使用前端而不移出该元素，使用element()或者peek()方法。

add(E e) 将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），在成功时返回 true，如果当前没有可用的

element() 获取，但是不移除此队列的头。

offer(E e) 将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），当使用有容量限制的队列时，此方法通常要优于 add(E)，后者可能无法插入元素，而只是抛出一个异常。

peek()  获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null。

poll() 获取并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null。

remove()   获取并移除此队列的头。

 

四、总结

 

1.队列先进先出，栈先进后出。

2.对插入和删除操作的"限定"。 栈是限定只能在表的一端进行插入和删除操作的线性表。队列是限定只能在表的一端进行插入和在另一端进行删除操作的线性表。  从"数据结构"的角度看，它们都是线性结构，即数据元素之间的关系相同。但它们是完全不同的数据类型。除了它们各自的基本操作集不同外，主要区别是对插入和删除操作的"限定"。 栈和队列是在程序设计中被广泛使用的两种线性数据结构，它们的特点在于基本操作的特殊性，栈必须按"后进先出"的规则进行操作，而队列必须按"先进先出"的规则进行操作。和线性表相比，它们的插入和删除操作受更多的约束和限定，故又称为限定性的线性表结构。

3.遍历数据速度不同。栈只能从头部取数据 也就最先放入的需要遍历整个栈最后才能取出来，而且在遍历数据的时候还得为数据开辟临时空间，保持数据在遍历前的一致性队列怎不同，他基于地址指针进行遍历，而且可以从头或尾部开始遍历，但不能同时遍历，无需开辟临时空间，因为在遍历的过程中不影像数据结构，速度要快的多

栈（Stack）是限定只能在表的一端进行插入和删除操作的线性表。
队列（Queue）是限定只能在表的一端进行插入和在另一端进行删除操作的线性表。

从"数据结构"的角度看，它们都是线性结构，即数据元素之间的关系相同。但它们是完全不同的数据类型。除了它们各自的基本操作集不同外，主要区别是对插入和删除操作的"限定"。

栈和队列是在程序设计中被广泛使用的两种线性数据结构，它们的特点在于基本操作的特殊性，栈必须按"后进先出"的规则进行操作，而队列必须按"先进先出"的规则进行操作。和线性表相比，它们的插入和删除操作受更多的约束和限定，故又称为限定性的线性表结构。

可将线性表和栈及队列的插入和删除操作对比如下：

线性表允许在表内任一位置进行插入和删除
栈只允许在表尾一端进行插入和删除

队列只允许在表尾一端进行插入，在表头一端进行删除

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