Pilhas e Filas

Pilhas e Filas em Estrutura de Dados

As pilhas e filas são duas das estruturas de dados mais utilizadas na programação. Presentes em sistemas, algoritmos e até no funcionamento de hardware, elas são fundamentais para organizar e processar informações de forma eficiente.
Neste artigo, vamos entender o que são pilhas e filas, suas regras de funcionamento, como são implementadas e quais operações podem ser realizadas.

Pilhas: Definição

Uma pilha é uma estrutura de dados que segue a regra LIFO (Last In, First Out) — o último elemento que entra é o primeiro a sair. Imagine uma pilha de pratos: você só consegue retirar o prato que está no topo.

Características principais:

• Apenas o elemento no topo pode ser acessado diretamente.
• Inserções e remoções acontecem no mesmo ponto (o topo).
• Usada quando a ordem de processamento precisa ser invertida em relação à entrada.

Aplicações comuns:

• Funções recursivas (armazenamento da pilha de chamadas).
• Desfazer/refazer ações em editores de texto.
• Análise de expressões matemáticas.

Pilhas: Implementação e Operações

As pilhas podem ser implementadas de várias formas, sendo as mais comuns:

1. Usando arrays (vetores) – mais simples, mas com tamanho fixo.
2. Usando listas ligadas – flexível, permite tamanho dinâmico.

Operações básicas:

• Push – insere um elemento no topo da pilha.
• Pop – remove o elemento do topo.
• Peek/Top – visualiza o elemento no topo sem removê-lo.
• isEmpty – verifica se a pilha está vazia.

Exemplo em Python:

pilha = []
pilha.append(1)  # Push
pilha.append(2)
print(pilha.pop())  # Pop -> 2

Filas: Definição

A fila é uma estrutura de dados que segue a regra FIFO (First In, First Out) — o primeiro elemento que entra é o primeiro a sair.
O exemplo clássico é uma fila de atendimento: quem chega primeiro é atendido antes.

Características principais:

• Inserções acontecem no final (cauda).
• Remoções acontecem no início (cabeça).
• Preserva a ordem original de chegada dos elementos.

Aplicações comuns:

• Controle de requisições em servidores.
• Filas de impressão.
• Processos em sistemas operacionais.

Filas: Implementação e Operações

Formas comuns de implementar filas:

1. Usando arrays – requer controle dos índices de início e fim.
2. Usando listas ligadas – flexível, permite crescimento dinâmico.
3. Usando estruturas prontas da linguagem – por exemplo, queue.Queue no Python.

Operações básicas:

• isEmpty – verifica se a fila está vazia.
• Enqueue – adiciona elemento no final.
• Dequeue – remove elemento do início.
• Front – acessa o elemento do início sem removê-lo.

Exemplo em Python:

from collections import deque
fila = deque()
fila.append(1)  # Enqueue
fila.append(2)
print(fila.popleft())  # Dequeue -> 1

Pilhas e Filas: Comparação

Característica	Pilha (Stack)	Fila (Queue)
Regra	LIFO	FIFO
Inserção	Topo	Final
Remoção	Topo	Início
Exemplo real	Pilha de pratos	Fila de banco

Ambas são tipos abstratos de dados que podem ser implementados de diferentes maneiras. A escolha entre pilha ou fila depende do problema a ser resolvido.
Por exemplo, um algoritmo de navegação de páginas de internet (botões voltar e avançar) normalmente usa pilha, enquanto um sistema de impressão em rede usa fila.

Conclusão

Dominar o funcionamento de pilhas e filas em estrutura de dados é essencial para qualquer programador. Esses conceitos aparecem tanto em problemas simples quanto em sistemas complexos, e compreender suas regras e implementações ajuda a escrever código mais eficiente e organizado.
Ao aplicar esses conceitos, lembre-se: escolha a estrutura certa para cada situação e utilize implementações que otimizem memória e desempenho.