FIFO(First In First Out)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

FIFO(First In First Out)とは
FIFOの活用事例とメリット
FIFOを用いたタスクスケジューリングによる効率的な処理
FIFOによるメッセージキューを利用した非同期通信の実現
FIFOを応用した在庫管理手法によるロスの削減と鮮度の維持
FIFOの実装方法とアルゴリズム
配列を用いたFIFOキューの実装方法とその特徴
連結リストを用いたFIFOキューの実装方法とメリット
FIFOキューの基本操作におけるアルゴリズムの解説
FIFOとLIFOの違いと使い分け
FIFOとLIFOのデータ構造としての特性の比較
FIFOとLIFOが適している問題領域や応用例の解説

FIFO(First In First Out)とは

FIFOとは「First In, First Out」の略称で、日本語では「先入れ先出し」と訳されます。データ構造やアルゴリズムにおいて、最初に追加されたデータが最初に取り出される方式を指します。

FIFOはキューと呼ばれるデータ構造で実現されることが多いです。キューは一方の端からデータを追加し、もう一方の端からデータを取り出す、一列に並んだデータの集まりとして表現されます。

FIFOの反対概念として、LIFOという方式があります。LIFOは「Last In, First Out」の略称で、「後入れ先出し」と訳されます。LIFOはスタックと呼ばれるデータ構造で実現されることが多いです。

FIFOはコンピュータサイエンスやプログラミングの分野だけでなく、在庫管理や会計学の分野でも使用される概念です。例えば、在庫管理では先に入荷した商品を先に販売するFIFO法が用いられることがあります。

FIFOの理解は効率的なデータ処理やアルゴリズムの設計において重要な役割を果たします。FIFOの特性を活かすことで、データの順序を適切に管理し、必要なデータにアクセスすることができるようになります。

FIFOの活用事例とメリット

FIFOの活用事例と、その活用によるメリットについて、以下3つを簡単に解説していきます。

FIFOを用いたタスクスケジューリングによる効率的な処理
FIFOによるメッセージキューを利用した非同期通信の実現
FIFOを応用した在庫管理手法によるロスの削減と鮮度の維持

FIFOを用いたタスクスケジューリングによる効率的な処理

FIFOはタスクスケジューリングの分野で広く活用されています。タスクキューにFIFOの原則を適用することで、先に登録されたタスクから順番に処理を行うことができます。この方式はタスクの公平性を保ちつつ、効率的な処理を実現します。

FIFOによるタスクスケジューリングはリソースの利用効率を高め、タスクの待ち時間を最小限に抑えることができます。また、タスクの優先度が同じ場合でも、到着順に処理されるため、タスクの順序が保証されるというメリットがあります。

例えば、プリンタのジョブキューや、ウェブサーバーへのリクエストの処理などで、FIFOによるタスクスケジューリングが活用されています。これにより、ユーザーからの要求に対して、公平かつ効率的な対応が可能になります。

FIFOによるメッセージキューを利用した非同期通信の実現

FIFOはメッセージキューを用いた非同期通信の実現にも活用されています。メッセージキューは送信者と受信者の間で、メッセージを一時的に保持するバッファの役割を果たします。FIFOの原則に基づいて、先に送信されたメッセージから順番に取り出されます。

FIFOによるメッセージキューを利用することで、送信者と受信者が同時に通信する必要がなくなります。送信者はメッセージをキューに追加するだけで、受信者がメッセージを取り出すタイミングを気にする必要がありません。これにより、システム間の疎結合性が高まり、スケーラビリティが向上します。

例えば、分散システムにおけるサービス間の通信や、イベント駆動型のアーキテクチャにおけるイベントの伝播などで、FIFOによるメッセージキューが活用されています。これにより、システムの応答性と信頼性が向上し、効率的な非同期通信が実現されます。

FIFOを応用した在庫管理手法によるロスの削減と鮮度の維持

FIFOは在庫管理の分野でも重要な役割を果たしています。FIFO法は先に入荷した商品から先に販売するという在庫管理の手法を指します。この手法を適用することで、在庫の回転率を高め、ロスを削減することができます。

FIFO法を用いることで、古い在庫が長期間滞留することを防ぎ、商品の鮮度を維持することができます。特に、食品や薬品など、賞味期限や使用期限のある商品の管理にはFIFO法が適しています。在庫の適切な管理は顧客満足度の向上にもつながります。

また、FIFO法は在庫評価の面でもメリットがあります。FIFO法では先に仕入れた商品の仕入価格を先に売上原価として計上するため、在庫の評価額が実際の市場価値に近づきます。これにより、財務諸表の正確性が向上し、経営判断に役立てることができます。

FIFOの実装方法とアルゴリズム

FIFOの実装方法とアルゴリズムについて、以下3つを簡単に解説していきます。

配列を用いたFIFOキューの実装方法とその特徴
連結リストを用いたFIFOキューの実装方法とメリット
FIFOキューの基本操作におけるアルゴリズムの解説

配列を用いたFIFOキューの実装方法とその特徴

FIFOキューを実装する際、配列を用いる方法があります。配列を用いたFIFOキューでは配列の先頭をキューの先頭、配列の末尾をキューの末尾として扱います。要素の追加は配列の末尾に行い、要素の取り出しは配列の先頭から行います。

配列を用いたFIFOキューの特徴として、実装が比較的シンプルであることが挙げられます。また、配列のインデックスを使用して要素にアクセスできるため、要素の取り出しが高速に行えます。ただし、配列のサイズが固定されているため、キューの容量を超えた場合には配列のサイズを動的に拡張する必要があります。

配列を用いたFIFOキューの実装例を以下に示します。

class ArrayQueue {
private:
int front;
int rear;
int capacity;
int* queue;

public:
ArrayQueue(int size) {
front = rear = -1;
capacity = size;
queue = new int[size];
}

void enqueue(int item) {
if (isFull()) {
cout << "Queue is full. Cannot enqueue item." << endl;
return;
}
if (isEmpty()) {
front = 0;
}
rear++;
queue[rear] = item;
}

int dequeue() {
if (isEmpty()) {
cout << "Queue is empty. Cannot dequeue item." << endl;
return -1;
}
int item = queue[front];
front++;
if (front > rear) {
front = rear = -1;
}
return item;
}

bool isEmpty() {
return (front == -1 && rear == -1);
}

bool isFull() {
return (rear == capacity - 1);
}
};