栈与队列的相同点和不同点有何区别

栈(Stack)和队列(Queue)都是常见的线性数据结构，它们的共同点在于均可以存储一组元素，并可以通过指定位置或关键字来操作数据集合。但它们在实现方式和使用场景上依然存在一些区别。这篇文章将从多个角度来分析栈(Stack)与队列(Queue)的相同点和不同点，以及它们各自的使用场景。

一、定义和实现方式

1.1 定义

栈（Stack）是一种只能在某一端进行插入和删除操作的线性数据结构。栈的特点是先进后出，后进先出，即第一个被加入到栈中的元素，最后一个被取出来。

队列（Queue）是一种先进先出（FIFO，First In First Out）的线性数据结构。队列中的元素只能在一端（队尾）添加，只能在另一端（队头）删除。

1.2 实现方式

栈(Stack)和队列(Queue)均可以使用数组或链表来实现，不同之处在于数组实现的栈和队列通常是静态的，而链表实现的栈和队列则是动态的。对于动态的数据，链表实现的栈和队列更加灵活，可以动态扩容。而对于静态的数据，数组实现的栈和队列则能够利用连续的内存，更加高效。

二、操作

2.1 相同点

栈(Stack)和队列(Queue)在操作上存在一些相同点，这些相同点表现在它们的方法接口设计中：

- push(element)：向栈或队列中添加元素；

- pop()：从栈或队列中移除最顶端的元素；

- top()：返回栈或队列的最顶端元素，但不会移除该元素；

- isEmpty()：检查栈或队列是否为空；

- size()：返回栈或队列中元素的数量。

2.2 不同点

但栈(Stack)和队列(Queue)在操作上也存在一些巨大的不同点：

- 插入操作

栈(Stack)的插入操作通常称作推入(push)。推入操作只能在栈的栈顶进行，同时也是唯一的操作方式。由于栈具有后进先出（LIFO）的特性，因此栈的推入比较容易实现，只需要将元素添加到栈的顶部即可。

队列(Queue)的插入操作通常称作入队(enqueue)。入队操作只能从队列的一端（队尾）进行。为了保持队列的先进先出(FIFO)特性，新插入的元素会排在队列的尾部。这种排队方式也称作“排队”(rear)。

- 删除操作

栈(Stack)的删除操作通常称作弹出(pop)。弹出操作只能从栈顶进行，每次弹出的元素都是最后添加到栈中的。由于栈具有后进先出（LIFO）的特性，因此弹出也很容易实现，只需要从栈顶取出元素即可。

队列(Queue)的删除操作通常称作出队(dequeue)。出队操作只能从队列的另一端（队首）进行。为了保持队列的先入先出(FIFO)特性，出队操作会删除队列中的第一个元素。这种排队方式也称作“头排队”(front)。

- 访问元素

栈(Stack)的访问操作通常称作取顶(top)。取顶操作只返回位于栈顶的元素，但不会将其从栈中删除。由于栈具有后进先出（LIFO）的特性，因此栈顶元素通常是最后添加到栈中的元素。

队列(Queue)的访问操作通常称作对首元素(front)。队首元素是最早被插入到队列中的元素，它通常是即将被移除的元素，因此队首元素通常不能被删除或修改。相比之下，队列的队尾元素是最晚被添加到队列中的元素，它们通常是需要被修改或删除的元素。

- 空间复杂度

由于栈(Stack)只保存了栈顶元素和一些中间变量，因此栈比较节省存储空间。相比之下，队列(Queue)通常需要较多的空间来存储所有已经插入的元素，因为在队列中所有的元素都是按顺序存储的。但是，队列可以在查找或删除首个元素时非常高效。

三、使用场景

栈(Stack)和队列(Queue)各自具有不同的应用场景，下面分别介绍它们的使用场景。

3.1 栈的应用场景

- 函数调用

- 队列(Queue)的模拟

- 表达式求值

- 回文校验

- 浏览器的后退操作

3.2 队列的应用场景

- 数据缓冲

- CPU任务队列

- 打印队列

- 广度优先搜索(Breadth First Search)