LIFO（LIFO: ライフォ）

2025年10月21日

LIFO（LIFO: ライフォ）

英語表記: LIFO

概要

LIFOは「Last-In, First-Out」の略であり、データ構造の中でも特に「スタック」がデータを管理する上での基本的な原則を示す言葉です。これは、データ構造（リスト, スタック, キュー, ツリー） の中で、スタックが持つ最も重要な特性であり、「最後に入力された要素が、最初に取り出される」という動作を規定しています。スタックの動作を理解するためには、このLIFOという概念が不可欠であり、スタックの概念そのものと同一視されるほど重要性の高いルールですね。

詳細解説

LIFO原則は、スタックというデータ構造が持つ、データの挿入（プッシュ：PUSH）とデータの取り出し（ポップ：POP）を常に「スタックの頂上（トップ）」でのみ行うという厳格な制限から生まれています。スタックは、データの出入り口が一つしかない、非常に規律正しいデータ構造なのです。

もしスタックがLIFOの原則に従わなかった場合、データの途中の位置から自由にアクセスできてしまい、それはもはやスタックではなく、柔軟なリスト構造になってしまいます。スタックがスタックとして機能し、特定の用途（例えば、関数呼び出しの履歴管理）に役立つのは、このLIFOという単純で強力なルールがあるからこそだと言えるでしょう。

LIFOの動作メカニズム

スタックに新しいデータ（要素）がプッシュされると、それは既存のデータの上に積み重ねられていきます。このとき、最後にプッシュされたデータが、物理的に最も上（トップ）に位置することになります。

データを取り出す（ポップする）際には、スタックの制約により、一番上にあるデータしか取り出すことができません。結果として、「一番遅く入ってきたデータ（Last-In）」 が、次にデータを取り出そうとしたときに 「一番最初に出ていく（First-Out）」 ことになります。これがLIFOの核心的な動作です。

スタックポインタの役割

LIFOを物理的に実現するために、スタックの内部では「スタックポインタ」と呼ばれる特殊な仕組みが非常に重要な役割を果たします。スタックポインタは、現在データがどこまで積み上がっているか、次にデータが挿入されるべき場所（または次に取り出されるべき場所）を指し示す目印です。

データがプッシュされるたびにスタックポインタは移動し、スタックの上端を追跡します。また、データがポップされるたびにポインタは後退します。このポインタによって、システムは常に「今、一番上にあるデータはどれか」を瞬時に把握でき、LIFO原則に基づいた一貫した動作が可能となるのです。

LIFOの目的と応用

LIFO原則に基づくスタックは、コンピュータサイエンスにおいて極めて重要な役割を果たしています。特に、プログラムが実行される際の「コールスタック（関数呼び出しスタック）」の管理は、LIFOの最も典型的な応用例です。ある関数が別の関数を呼び出すとき、呼び出し元に戻るための情報（戻りアドレス）がスタックにプッシュされます。処理が終わって戻るときは、最後に呼び出された関数（最後にプッシュされた情報）から順に戻っていく、というLIFO動作が求められるわけです。

このように、LIFOは単なるデータの出し入れのルールではなく、プログラムが複雑な処理を順序立てて管理し、整合性を保つための基礎的な土台となっている点が興味深いですね。

具体例・活用シーン

LIFOの概念は、私たちが日常生活で目にする「積み重ねる」動作の中に、非常に分かりやすく現れています。

メタファー：積み重ねられた本の山

LIFOを理解するための最も有名なメタファーは、「積み重ねられた本の山」です。

最初に読んだ本Aを机の上に置きます。
次に読んだ本Bを本Aの上に置きます。
最後に読んだ本Cを本Bの上に置きます。

さて、次に本を手に取って読もうとしたとき、一番下に敷かれている本Aを無理に取り出そうとすると、上の本Bと本Cが崩れてしまいますよね。したがって、私たちは物理的な制約として、「一番上に乗っている本C」 から取らざるを得ません。

この場合、一番最後に入ってきた（積まれた）本Cが、一番最初に出ていく（取られる）ことになります。スタックというデータ構造は、まさにこの現実世界における物理的な制約をデジタル空間で再現し、データの順序を厳密に管理しているのです。

現実の活用シーン

テキストエディタの「元に戻す（Undo）」機能:
WordやExcelなどのソフトウェアで操作を行う際、すべての操作履歴はLIFO方式でスタックに記録されています。「元に戻す（Undo）」を実行すると、最後に行った操作（例えば、「文字を太字にする」）が最初に取り消されます。これは、操作履歴をスタックで管理している典型的な例です。
Webブラウザの「戻る」機能:
Webページを次々と閲覧していく際、ブラウザはアクセスした履歴（URL）をスタックにLIFO方式で記録しています。「戻る」ボタンを押すと、最後にアクセスしたページが一番最初に戻る対象となります。これは、ユーザーが期待する直感的な操作順序とLIFO原則が一致しているためです。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート試験、基本情報技術者試験、応用情報技術者試験のいずれにおいても、LIFOはデータ構造の基礎として必ず問われる重要事項です。特に、スタックの概念を問う問題は、LIFOとFIFOの区別が最大のポイントとなります。

スタックとキューの区別を徹底する:
LIFOはスタック（Stack）の原則です。これに対し、待ち行列を意味するキュー（Queue）はFIFO（First-In, First-Out：先入れ先出し）の原則に従います。試験では、このLIFOとFIFOの定義や動作を図示して、どちらのデータ構造であるかを問う問題が頻出します。
操作用語と動作の確認:
スタック操作の基本用語である「PUSH（挿入）」と「POP（取り出し）」が、スタックの「トップ」でのみ行われること、そしてその結果としてLIFOが実現することを理解しておきましょう。特に、データが3つ入ったスタックに対し、PUSH、POP、PUSH、POPといった操作を順に行った場合、最終的にどのデータが残るのかを追跡する問題は定番です。
応用情報技術者試験での対策:
より上位の試験では、LIFOが具体的なアルゴリズムやシステムアーキテクチャにどのように組み込まれているかが問われます。例えば、再帰呼び出しの仕組みや、プログラム実行時のメモリ領域である「スタック領域」の概念と結びつけて学習することが求められます。LIFOは単なる用語ではなく、メモリ管理の効率性に関わる重要な原理として認識しておくと良いでしょう。