スタックの基本操作とは？データ構造におけるプリミティブ操作を解説

スタックは「後入れ先出し」（LIFO：Last In First Out）と呼ばれる方式で動作するデータ構造です。最後に追加した要素が最初に取り出されるという特性を持ち、数式の評価、関数呼び出しの管理、再帰処理など、コンピュータサイエンスのさまざまな場面で活用されています。

本記事では、スタックが備える基本操作（プリミティブ操作）について詳しく解説し、実際にスタックADTを使ったサンプルコードも紹介します。

ADT（抽象データ型）とは

ADT（Abstract Data Type：抽象データ型）とは、「値の集合」と「その上に定義される操作のセット」によって振る舞いが決められる特殊なデータ型のことです。「抽象的（Abstract）」という言葉が使われる理由は、利用者はこれらのデータ型を使ってさまざまな操作を実行できる一方で、その操作が内部でどのように実装されているかは完全に隠されているためです。ADTはプリミティブなデータ型から構成されますが、操作のロジックそのものは外部からは見えないようになっています。

スタックADTの主な操作一覧

スタックADTには、以下のような基本操作（関数）が用意されています。

• isFull()：スタックが満杯かどうかを判定する
• isEmpty()：スタックが空かどうかを判定する
• push(x)：要素xをスタックに追加（プッシュ）する
• pop()：スタックの先頭から要素を1つ取り除く
• peek()：スタックの最上位にある要素を参照する（削除はしない）
• size()：スタック内に存在する要素の数を取得する

実装例（C++）

それでは、C++のstackコンテナを使った具体的なコード例を見てみましょう。

#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;
main(){
    stack<int> stk;
    if(stk.empty()){
        cout << "Stack is empty" << endl;
    } else {
        cout << "Stack is not empty" << endl;
    }
    // スタックへ要素を挿入
    stk.push(10);
    stk.push(20);
    stk.push(30);
    stk.push(40);
    stk.push(50);
    cout << "Size of the stack: " << stk.size() << endl;
    // 要素を取り出しながら表示
    while(!stk.empty()) {
        int item = stk.top(); // peek操作に相当
        stk.pop();
        cout << item << " ";
    }
}

実行結果

Stack is empty
Size of the stack: 5
50 40 30 20 10

コードの解説

このプログラムでは、まず空のスタックに対してempty()（isEmpty操作に相当）を呼び出し、スタックの状態を確認しています。次にpush()を使って10から50までの5つの整数を順番に追加し、size()で現在の要素数である「5」を出力します。

最後のwhileループでは、top()（peek操作に相当）で先頭要素を取得し、pop()でそれを取り除くことを繰り返しています。出力結果が「50 40 30 20 10」という順序になっていることから、最後に入れた要素が最初に取り出されるというLIFOの特性が確認できます。