栈和队列加入操作限制的原因：1、简化操作；2、提高效率；3、减少错误。简化操作是指由于栈和队列的操作限制，我们可以比较容易地完成针对特定问题的操作。提高效率是指栈和队列的操作限制可以保证操作的时间复杂度尽可能低。
一、栈和队列加入操作限制的原因
栈和队列是操作受限线性表，所谓”操作受限”是指只能按照某种固定的规律进行插入和删除操作，无法随意地对其中的元素进行其他操作。栈只允许在一端进行元素的插入和删除，这个一端被称为”栈顶”；而队列则允许在两端分别进行插入和删除，其中一端被称作”队头”，另一端被称作”队尾”。操作限制看似降低了操作灵活性，实则带来了许多优点：
1、简化操作
由于栈和队列的操作限制，我们可以在某些问题上更容易地完成操作。例如，使用栈来实现逆波兰表达式计算就是一个经典案例。逆波兰表达式与传统的中缀表达式不同，它没有括号，而是将操作符放在操作数之后，所以我们可以利用栈的结构特性，把操作数压入栈中，遇到操作符时弹出相应的操作数进行计算，并将结果重新压入栈中，最终得到结果。这样便利用了栈的特性，将原本复杂的中缀表达式转化为栈的简单操作。
2、提高效率
由于栈和队列的操作特点，它们保证了操作的时间复杂度尽可能低，并且不会出现死循环或者无限增长的情况。例如，使用队列实现广度优先搜索(BFS)算法时，可以有效避免重复遍历同一状态的问题。每当我们在某个状态上进行扩展时，就将其所有的可下一步状态集加入到队列末尾，然后从队列头部取出下一个状态进行扩展。如果我们用数组和指针实现队列，则无需对队列中已扩展的状态进行额外的处理，每一项操作都是基于队列的简单操作，这会比使用其他数据结构从而降低时间复杂度。
3、减少错误
由于栈和队列的操作限制，我们可以在程序中更容易地判断某些操作是否合法，从而避免程序出现异常情况。例如，放置平衡符号的问题中，我们需要检查给定的字符串中所有括号是否匹配。利用栈的结构，将左括号压入栈中，遇到相应的右括号时便将栈顶元素弹出。如果弹出栈顶元素与当前的右括号不匹配，则说明括号不平衡，此时可以及时发现并报错。这种方法利用了栈的结构特性，可以有效地检测和避免程序中出现的错误。
二、栈（Stack）
1、概念
栈是只允许在一端进行插入或删除操作的线性表。首先，栈是一种线性表，但限定这种线性表只能在某一段进行插入和删除操作。
- 栈顶（Top）：线性表允许进行插入和删除的一端。
- 栈底（Bottom）：固定的，不允许进行插入和删除的另一端。
- 空栈：不含任何元素。
2、基本操作
- InitStack(&S)：初始化空栈S
- StackEmpty(S)：判断一个栈是否为空
- Push(&S，x)：进栈，若栈未满，则将x加入使之成为新栈顶
- Pop(&S，&x)：出栈，若栈非空，则将栈顶元素，并用x返回
- GetTop(S，&x)：读栈顶元素，若栈顶元素非空，则用x返回栈顶元素
- DestroyStack(&S)：销毁栈，并释放栈S占用的存储空间
3、顺序栈的实现
采用顺序存储的栈称为顺序栈，它是利用一组地址连续的存储单元存放自栈底到栈顶的数据元素，同时附设一个指针（较好）指示当前栈顶的位置。
栈的顺序存储类型可以用以下表示：
#define MAXSIZE 100 //栈中元素的最大个数
typedef struct {
ElemType data[MAXSIZE]; //存放栈中元素
int 较好; //栈顶指针
} SqStack;- 栈顶指针：S.较好，初始时设置S.较好 = -1；栈顶元素：S.data[S.较好]；
- 进栈操作：栈不满时，栈指针加1，再送值到栈顶元素
- 出栈操作：栈非空时，先去栈顶元素值，再将栈顶指针减1
- 栈空条件：S.较好 == -1
- 栈满条件：S.较好 == MAXSIZE – 1
- 栈长：S.较好 + 1
三、队列（Queue）
1、概念
队列（queue）是一种先进先出的、操作受限的线性表。队列这种数据结构非常容易理解，就像我们平时去超市买东西，在收银台结账的时候需要排队，先去排队的就先结账出去，排在后面的就后结账，有其他人再要过来结账，必须排在队尾不能在队中间插队。「 队列 」数据结构就是这样的，先进入队列的先出去，后进入队列的后出去。必须从队尾插入新元素，队列中的元素只能从队首出，这也就是「 队列 」操作受限制的地方了。
2、基本操作
- Initqueue(&Q)：初始化队列，构造一个空队列；
- QueueEmpty(Q)：队列判空；
- Enqueue(&Q,x)：入队；
- Dequeue(&Q)：出队；
- GetHead(Q,x)：读取对头元素；
3、顺序队列的实现
由于顺序队列的底层使用的是数组，因此需预先申请一块足够大的内存空间初始化顺序队列。除此之外，为了满足顺序队列中数据从队尾进，队头出且先进先出的要求，我们还需要定义两个指针（较好 和 rear）分别用于指向顺序队列中的队头元素和队尾元素。
由于顺序队列初始状态没有存储任何元素，因此 较好 指针和 rear 指针重合，且由于顺序队列底层实现靠的是数组，因此 较好 和 rear 实际上是两个变量，它的值分别是队头元素和队尾元素所在数组位置的下标。
当有数据元素进队列时，对应的实现操作是将其存储在指针 rear 指向的数组位置，然后 rear+1；当需要队头元素出队时，仅需做 较好+1 操作。
实现代码：
#include<stdio.h>
int enQueue(int *a,int rear,int data){
a[rear]=data;
rear++;
return rear;
}
void deQueue(int *a,int front,int rear){
//如果 front==rear，表示队列为空
while (front!=rear) {
printf("出队元素：%d\n",a[front]);
front++;
}
}
int main() {
int a[100];
int front,rear;
//设置队头指针和队尾指针，当队列中没有元素时，队头和队尾指向同一块地址
front=rear=0;
//入队
rear=enQueue(a, rear, 1);
rear=enQueue(a, rear, 2);
rear=enQueue(a, rear, 3);
rear=enQueue(a, rear, 4);
//出队
deQueue(a, front, rear);
return 0;
}延伸阅读1：基本数据结构有哪些
- 数组
- 栈
- 链表
- 队列
- 树
- 图
- 堆
- 散列表
