スタックとキューの違いを図解でわかりやすく解説【LIFO/FIFO】

今回は、ITパスポートと基本情報技術者試験で頻出のデータ構造、「スタック」と「キュー」の違いを、仕組みからやさしく解説していきます。

「LIFOとFIFO、どっちがどっちか分からなくなる」「操作の名前まで覚えきれない」——データ構造を学び始めた方から本当によく聞く悩みです。でも、出し入れの順序のイメージさえ掴めれば、もう試験で迷うことはありません。3分で完了するので、サクッといきましょう。

1. スタック(Stack)とは

仕組み

スタックとは、最後に入れたデータを最初に取り出すデータ構造です。この出し入れの順序をLIFO(Last In First Out：後入れ先出し)と呼びます。

ポイントは「出入り口が1つしかない」こと。データを積み上げていき、取り出すときは一番上(＝最後に積んだもの)からしか取れません。データを積む操作をpush(プッシュ)、一番上を取り出す操作をpop(ポップ)と呼びます。

具体例

机の上に皿を重ねて置いていく様子をイメージしてください。皿を上へ上へと重ねていき(push)、使うときは一番上の皿から取ります(pop)。下のほうにある皿を先に取ろうとすると、上の皿が崩れてしまいますよね。

身近なソフトの動作でいえば、ブラウザの「戻る」ボタンや、文書編集の「元に戻す(Undo)」がまさにスタックです。直前の操作から順にさかのぼって取り消していく——「最後にやったことから戻す」という動きが、後入れ先出しそのものです。

講師視点｜スタックの誤解と混同ポイント

僕が初学者に説明する際は、以下のような比喩で伝えています。

「スタック＝データを整列して並べておくもの」という誤解をする方が結構多い印象があります。

スタックは並び替えのための構造ではなく、あくまで取り出す順番が「後入れ先出し」に固定される入れ物、という点を押さえておきましょう。

ユウイチ

スタックは後入れ先出し！

2. キュー(Queue)とは

仕組み

キューとは、最初に入れたデータを最初に取り出すデータ構造です。この出し入れの順序をFIFO(First In First Out：先入れ先出し)と呼びます。

スタックと違い、キューは入り口と出口が別々にあります。片方の端からデータを入れ、反対側の端から取り出す——だから入れた順番がそのまま取り出す順番になります。データを入れる操作をenqueue(エンキュー)、取り出す操作をdequeue(デキュー)と呼びます。

具体例

スーパーのレジの行列をイメージしてください。先に並んだ人から順にレジを通っていき、後から来た人は列の最後尾に付きます。割り込みがなければ、並んだ順にきちんと処理される——これがキューです。

コンピュータの身近な例では、印刷ジョブが分かりやすいです。複数の印刷指示を出すと、送信した順に1つずつ印刷されていきます。「来た順に、公平にさばく」という動きが先入れ先出しそのものです。

講師視点｜「キュー＝順番待ちの列」の方向感をつかむコツ

僕が初学者に説明する際は、以下のような比喩で伝えています。

「キュー」という言葉自体が英語で「順番待ちの列」を意味します。

後から入れたものが先に出ると誤解する初学者がいますが、それはスタックの動き。キューは「並んだ順に出ていく」列。という方向感を持ちましょう！

ユウイチ

キューは並んだ順に出ていく列だよ

3. スタックとキューの違い【図解＋比較表】

2つの違いを、まずは出し入れの流れを対比した図で確認しましょう。

表でも整理しておきましょう。

「後入れ先出しはスタック、先入れ先出しはキュー」という対応を覚えておくと、応用問題でもブレません。

4. 試験対策｜練習問題で確認しよう

以下は、IPA過去問の傾向を踏まえて作成したオリジナルの練習問題です(IPA公式の過去問そのものではありません)。本番形式に慣れるための練習として活用してください。実際の過去問はIPA公式サイトで公開されています。

練習問題①(ITパスポートレベル)

(問題) 最後に格納したデータが最初に取り出されるデータ構造はどれか。

ア．キュー
イ．配列
ウ．スタック
エ．リスト

👉 正解：ウ(スタック)

解説：「最後に格納したデータが最初に取り出される」＝LIFO(後入れ先出し)がキーワード。キュー(ア)は先入れ先出し(FIFO)なので逆、配列(イ)は添字で任意の位置にアクセスする構造、リスト(エ)は要素を数珠つなぎにした構造なので、出し入れの順序を固定するスタックが正解です。

練習問題②(基本情報レベル)

(問題) 空のスタックに対し、push(1)、push(2)、push(3)、pop、push(4)、pop、pop の順に操作を行った。この後にもう一度 pop を実行したとき、取り出される値はどれか。

ア．1
イ．2
ウ．3
エ．4

👉 正解：ア(1)

解説：順に追うと、push(1)(2)(3)でスタックは下から[1,2,3]。1回目のpopで一番上の3が出て[1,2]。push(4)で[1,2,4]。2回目のpopで4が出て[1,2]。3回目のpopで2が出て[1]。残っているのは1だけなので、次のpopで取り出されるのは1です。後入れ先出しを一つずつ丁寧に追うのがコツです。

練習問題③(混同しやすいポイント)

(問題) 次のうち、キューの説明として最も適切なものはどれか。

ア．最後に入れた要素から順に取り出す、後入れ先出しのデータ構造
イ．最初に入れた要素から順に取り出す、先入れ先出しのデータ構造
ウ．添字(インデックス)を指定して任意の位置の要素へ直接アクセスできるデータ構造
エ．各要素が次の要素への参照を持ち、数珠つなぎに連結されたデータ構造

👉 正解：イ

解説：アはスタック(LIFO)、ウは配列、エは連結リストの説明です。「最初に入れた要素から」「先入れ先出し」という表現を見たら、キューと判断できればOKです。紛らわしい配列・リストと混ざらないよう、「出し入れの順序が決まっているのがスタック・キュー」と押さえておきましょう。

5. 実務ではどう使われている?

試験対策だけでなく、現場でも土台として頻繁に登場するデータ構造です。

スタックは、プログラムの関数呼び出しの管理(コールスタック)で使われます。関数が別の関数を呼ぶたびに情報が積まれ、処理が終わると上から戻っていく仕組みです。ほかにも計算式の評価や、アプリのUndo機能の内部でも活躍します。

キューは、順番に処理したいタスクの管理と相性が抜群です。Webサーバーへのリクエスト処理や、グラフを幅優先で探索するBFS(幅優先探索)、データを一時的にためるバッファなど、「来た順にさばく」場面で幅広く使われています。クラウドのメッセージキューサービスも、内部の考え方はこのFIFOそのものです。

6. まとめ｜一言で覚えるポイント

ITパスポートや基本情報の試験では、「LIFOはスタック、FIFOはキュー」さえ押さえておけば確実に1点取れる定番問題です。科目B(アルゴリズム)では、push/popを一つずつ追う操作トレース問題も出るので、練習問題②のように手を動かして順序を確認する練習をしておくと安心です。

それではまた！