後入先出法(あと入れさきだしほう)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

後入先出法は、LIFO（Last-In, First-Out）とも呼ばれ、データやオブジェクトを管理するための一つの方式である。この方式の基本的な原則は、その名の通り「最後に追加されたものが、最初に取り出される」という点にある。これは、データを一時的に保存し、後で利用する際の順序を規定するルールの一つであり、コンピュータサイエンスの分野で広く利用されるデータ構造の基礎をなす概念である。後入先出法を理解するためには、スタック（Stack）と呼ばれるデータ構造と関連付けて学ぶことが最も効果的である。スタックは、LIFOの原則を具現化したデータ構造そのものであり、一方の端でのみデータの追加と取り出しが行われる。この方式と対照的なのが「先入先出法（FIFO: First-In, First-Out）」であり、これは「最初に追加されたものが、最初に取り出される」という原則に基づいている。FIFOはキュー（Queue）というデータ構造で実現され、LIFOとはデータの処理順序が逆になる。システムエンジニアを目指す上で、これら二つの基本的なデータ管理方式の違いと、それぞれの適切な利用シーンを理解することは極めて重要である。

後入先出法の詳細を理解するには、その代表的なデータ構造であるスタックの操作を学ぶことが不可欠である。スタックに対する主な操作には「プッシュ（Push）」と「ポップ（Pop）」の二つが存在する。プッシュは、スタックに新しいデータを追加する操作を指す。データは常にスタックの最上部、通称「トップ（Top）」と呼ばれる位置に追加される。一方、ポップは、スタックからデータを取り出す操作である。この際、取り出されるデータは必ずトップにある、つまり最後に追加されたデータとなる。このプッシュとポップという一連の動作が、後入先出法の原則そのものである。例えば、空のスタックに対して、まずデータ「A」、次に「B」、最後に「C」をこの順でプッシュしたとする。この時点で、スタックの内部は底からA、B、Cの順にデータが積まれた状態になり、トップにはCが存在する。ここからポップ操作を行うと、まずトップにある「C」が取り出される。次にポップを行うと、その時点でトップにある「B」が取り出され、最後に「A」が取り出される。このように、追加した順序（A, B, C）とは逆の順序（C, B, A）でデータが取り出されるのがLIFOの特徴である。

この後入先出法の原則は、実際のコンピュータシステムやアプリケーションの様々な場面で応用されている。最も基本的な応用例の一つが、プログラミングにおける関数の呼び出し管理である。プログラムが実行される際、関数が呼び出されるたびに、その関数の情報（戻り先のアドレスやローカル変数など）が「コールスタック」と呼ばれるメモリ領域にプッシュされる。ある関数の中から別の関数が呼び出されると、新しい関数の情報がさらにスタックの上に積まれる。そして、呼び出された関数の処理が完了すると、その関数の情報がコールスタックからポップされ、処理が呼び出し元の関数に戻る。この仕組みにより、複雑な関数の呼び出し階層が正しく管理され、プログラムは適切な順序で処理を実行することができるのである。

また、多くのアプリケーションに実装されている「元に戻す（Undo）」機能も、後入先出法の典型的な応用例だ。ユーザーがテキストエディタで文字を入力したり、図形を削除したりといった操作を行うたびに、その操作内容が履歴としてスタックにプッシュされる。ユーザーが「元に戻す」コマンドを実行すると、スタックから直前の操作がポップされ、その操作を取り消す処理が行われる。さらに操作を元に戻したい場合は、再度ポップすることで、その一つ前の操作を取り消すことができる。このLIFOの性質を利用することで、ユーザーは行った操作を遡って簡単に取り消すことが可能になる。

Webブラウザの閲覧履歴管理、特に「戻る」ボタンの機能も後入先出法に基づいている。ユーザーが新しいWebページにアクセスするたびに、そのページのURLが履歴スタックにプッシュされる。ユーザーがブラウザの「戻る」ボタンをクリックすると、スタックのトップからURLがポップされ、そのページが表示される。これにより、ユーザーは訪れたページを時系列で遡ることができる。

さらに、プログラミング言語のコンパイラやインタプリタがソースコードの構文を解析する際にも、スタックは重要な役割を果たす。例えば、数式の計算順序を決定したり、括弧の対応関係をチェックしたりするアルゴリズムで利用される。開き括弧「(」が現れるたびにスタックにプッシュし、閉じ括弧「)」が現れたらスタックからポップする。もし、閉じ括弧が現れたときにスタックが空であったり、ポップしたものが対応する開き括弧でなかったりした場合、構文エラーとして検出することができる。

プログラミングにおいて後入先出法、すなわちスタックを実装する方法は比較的単純である。多くのプログラミング言語では、配列やリストといった既存のデータ構造を用いて容易に実現できる。例えば、配列の末尾をスタックのトップとみなし、データの追加（プッシュ）を配列の末尾への要素追加操作、データの取り出し（ポップ）を配列の末尾の要素を削除する操作に対応させることで、LIFOの振る舞いを模倣できる。また、言語によっては標準ライブラリとしてスタック専用のクラスやデータ構造が提供されており、それを利用することでより安全かつ効率的に実装することが可能である。このように、後入先出法はデータ構造の基本的な概念でありながら、その応用範囲は広く、多くのシステムの根幹を支える重要な技術であると言える。