LIFOとFIFOの違いとは？ スタックとキューをマスターしよう！

LIFOとFIFOの違いとは？ スタックとキューをマスターしよう！

記事の文字数：2322

スタックとキューは、プログラミングやアルゴリズムの基礎となる重要なデータ構造です。本記事では、基本情報技術者試験にも頻出する「LIFO（後入れ先出し）」と「FIFO（先入れ先出し）」の概念をわかりやすく解説し、スタックとキューの違いや実際の使用例を紹介します。プッシュ・ポップ、エンキュー・デキューといった基本操作を理解しましょう！


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スタックとキューは、プログラミングにおける基本的なデータ構造であり、基本情報技術者試験にも頻出する重要な概念です。 スタックはLIFO（Last In, First Out：後入れ先出し）、キューはFIFO（First In, First Out：先入れ先出し） のルールに基づいてデータを管理します。これらの仕組みを理解し、 プッシュ・ポップ、エンキュー・デキュー といった操作を習得することで、プログラムの効率的な実装が可能になります。本記事では、スタックとキューの違いや実際の使用例を交えながら、わかりやすく解説していきます。

スタック (Stack)

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スタックはLIFOのデータ構造です。最後に追加されたデータが最初に取り出されます。スタックは主に再帰処理や履歴管理の場面で利用されることが多いです。

  • プッシュ (Push): データをスタックに追加する操作
  • ポップ (Pop): スタックの最上部のデータを取り出す操作

この特性から、スタックは「皿の積み重ね」に例えられることが多いです。新しい皿を追加するときは一番上に置き、取り出すときも一番上のものを取るイメージです。また、プログラムの処理の流れを管理するためにも使用され、特に関数の呼び出しや戻り値の処理で活用されます。

LIFO (Last In, First Out)

LIFOとは「後入れ先出し」を意味するデータ構造の概念です。最後に追加されたデータが最初に取り出される特徴を持ちます。この性質を持つ代表的なデータ構造が「スタック (Stack)」です。

  • 最後に入れたものが最初に出る → 「最後に置いた皿を最初に取る」ようなイメージ。
  • データの処理順が逆転する → 例えば、関数のネスト呼び出しでは、一番最後に呼び出された関数が最初に処理を終えて戻る。
  • 直前の操作を取り消すのに適している → 履歴管理やアンドゥ機能など。

スタックの使用例

  • 関数呼び出しの管理 (コールスタック): プログラムが関数を呼び出すとき、処理の順番を管理するために使用。
  • ブラウザの戻るボタン (履歴管理): ユーザーが訪れたページをスタックに保存し、戻るボタンを押すと最後に訪れたページから順に戻る。
  • 式の評価 (逆ポーランド記法の計算など): 数式を効率的に計算する際に活用。
  • テキストエディタのアンドゥ機能: 変更を記録し、直前の状態に戻る機能に使用される。

スタックの覚え方

  • 「後から乗せたものが先に落ちる」 → 皿の積み重ねや、書類の山をイメージ。
  • 「LIFO = Last In, First Out」 → 最後に入れたものが最初に出る。
  • 「エレベーター方式」 → 一番後に乗った人が最初に降りる。

キュー (Queue)

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キューはFIFOのデータ構造です。最初に追加されたデータが最初に取り出されます。これは待ち行列やイベント処理の管理に適しています。

  • エンキュー (Enqueue): データをキューに追加する操作
  • デキュー (Dequeue): キューの先頭のデータを取り出す操作

この特性から、キューは「順番待ちの列」に例えられます。最初に並んだ人が最初に処理されるという流れです。コンピュータシステムでは、リソースの公平な割り当てや、イベントの処理順の管理によく利用されます。

FIFO (First In, First Out)

FIFOとは「先入れ先出し」を意味するデータ構造の概念です。最初に追加されたデータが最初に取り出される特徴を持ちます。この性質を持つ代表的なデータ構造が「キュー (Queue)」です。

  • 最初に入れたものが最初に出る → 「順番待ちの列」のように、先に並んだ人から順番に処理される。
  • データの順番を維持しながら処理する → OSのタスクスケジューリングやプリントジョブの管理に最適。
  • 公平に処理を行うことができる → すべてのデータが追加された順番通りに処理されるため、優先順位のないタスク処理に向いている。

キューの使用例

  • プリンタのジョブ管理: 印刷待ちのデータが順番に処理される。
  • OSのタスクスケジューリング: CPUがプロセスを公平に処理するために使用。
  • ネットワークパケットの処理: 通信データを順番に処理。
  • イベント処理 (ゲームやアプリのイベント管理): ユーザーの操作やシステムのイベントを処理順に実行。

キューの覚え方

  • 「先に並んだ人が先に進む」 → 行列やバス待ちの列をイメージ。
  • 「FIFO = First In, First Out」 → 最初に入れたものが最初に出る。
  • 「スーパーのレジ」 → 先に並んだ人から順に精算する。

まとめ

  • スタックはLIFOで、最後に入れたものを最初に取り出す。
  • キューはFIFOで、最初に入れたものを最初に取り出す。
  • スタックは履歴管理や再帰処理、キューはタスク処理やリソース管理に適している。
  • 用途に応じて適切なデータ構造を選択することが重要。

基本情報技術者試験では、これらの概念を活用した問題が多く出題されるため、実際の使用例をイメージしながら学習すると効果的です。特に、プログラムの流れを理解する上でスタックとキューの特性を押さえておくことが、アルゴリズムの理解にもつながります。

以上で本記事の解説を終わります。
よいITライフを！
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