栈与队列：数据结构优劣全解析
栈（Stack）
栈是一种线性数据结构，遵循后进先出（LIFO）原则。数据只能从栈顶插入（压栈）和删除（弹栈）。
优点
- 操作简单高效，压栈和弹栈的时间复杂度均为 O(1)。
- 适合处理具有嵌套性质的问题，如函数调用、括号匹配、表达式求值等。
缺点
- 只能从一端操作数据，灵活性较差。
- 无法直接访问栈中间的元素，需要弹出栈顶元素才能访问底层数据。
分析
栈的空间复杂度通常为 O(n)，n 为栈中元素数量。递归调用可能因栈深度过大导致栈溢出，需谨慎使用。
队列（Queue）
队列是一种线性数据结构，遵循先进先出（FIFO）原则。数据从队尾插入（入队），从队头删除（出队）。
优点
- 操作高效，入队和出队的时间复杂度均为 O(1)。
- 适合处理需要顺序执行的场景，如任务调度、缓冲区管理等。
缺点
- 与栈类似，无法直接访问中间元素。
- 普通队列在空间利用率上可能存在浪费（如数组实现的循环队列需预留空间）。
分析
队列的实现方式包括数组队列和链表队列。循环队列可以优化数组队列的空间利用率，避免频繁扩容。
数组（Array）
数组是一种连续存储的线性数据结构，通过索引直接访问元素。
优点
- 随机访问效率高，时间复杂度为 O(1)。
- 内存连续，缓存友好，访问速度快。
缺点
- 大小固定，动态扩容成本高（需拷贝数据）。
- 插入和删除操作效率低，平均时间复杂度为 O(n)。
分析
数组适合查询频繁、增删较少的场景。在需要动态调整大小时，可考虑使用动态数组（如 C++ 的 vector 或 Java 的 ArrayList）。
链表（LinkedList）
链表是一种非连续存储的线性数据结构，通过指针连接节点。
链表分类
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单链表（Singly Linked List）
- 每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
- 插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)，但需先找到操作位置（查找 O(n)）。
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双链表（Doubly Linked List）
- 每个节点包含数据及两个指针，分别指向前驱和后继节点。
- 支持双向遍历，但占用更多内存空间。
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循环单链表（Circular Singly Linked List）
- 尾节点指向头节点，形成环状结构。
- 适合环形缓冲区等场景。
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循环双链表（Circular Doubly Linked List）
- 尾节点指向头节点，且每个节点有前驱和后继指针。
- 双向遍历且支持环形操作。
优点
- 动态分配内存，无需预先指定大小。
- 插入和删除操作效率高（尤其双链表）。
缺点
- 随机访问效率低，时间复杂度为 O(n)。
- 指针占用额外内存空间，缓存不友好。
分析
链表适合频繁增删的场景，但查询性能较差。双链表在需要双向操作时更灵活，但空间开销更大。
综合比较
| 数据结构 | 访问时间 | 插入/删除时间 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 栈 | O(n) | O(1) | LIFO 场景 |
| 队列 | O(n) | O(1) | FIFO 场景 |
| 数组 | O(1) | O(n) | 查询为主 |
| 链表 | O(n) | O(1) | 增删为主 |
根据具体需求选择数据结构：若需高效查询，优先数组；若需频繁增删，链表更优；栈和队列适合特定逻辑场景。