可能大家都知道，线性表的变种非常非常多，比如今天讲的“队列”，灰常有意思啊。
一：概念
队列是一个”先进先出“的线性表，牛X的名字就是“First in First Out(FIFO)”，
生活中有很多这样的场景，比如读书的时候去食堂打饭时的”排队“。当然我们拒绝插队。
二：存储结构
前几天也说过，线性表有两种”存储结构“，① 顺序存储,②链式存储。当然“队列”也脱离
不了这两种服务，这里我就分享一下“顺序存储”。
顺序存储时，我们会维护一个叫做”head头指针“和”tail尾指针“，分别指向队列的开头和结尾。
代码段如下：
1 #region 队列的数据结构 2 /// <summary> 3 /// 队列的数据结构 4 /// </summary> 5 /// <typeparam name="T"></typeparam> 6 public class SeqQueue<T> 7 { 8 private const int maxSize = 100; 9 10 public int MaxSize11 {12 get { return maxSize; }13 }14 15 /// <summary>16 /// 顺序队列的存储长度17 /// </summary>18 public T[] data = new T[maxSize];19 20 //头指针21 public int head;22 23 //尾指针24 public int tail;25 26 }27 #endregion
三：常用操作
队列的操作一般分为：
①： 初始化队列。
②: 出队。
③： 入队。
④： 获取队头。
⑤： 获取队长。
1：初始化队列
这个很简单，刚才也说过了，队列是用一个head和tail的指针来维护。分别设置为0即可。
2：出队
看着“队列”的结构图，大家都知道，出队肯定跟head指针有关，需要做两件事情，
第一： 判断队列是否为空，这个我想大家都知道。
第二： 将head头指针向后移动一位，返回head移动前的元素，时间复杂度为O(1)。
代码段如下：
1 #region 队列元素出队 2 /// <summary> 3 /// 队列元素出队 4 /// </summary> 5 /// <typeparam name="T"></typeparam> 6 /// <param name="seqQueue"></param> 7 /// <returns></returns> 8 public T SeqQueueOut<T>(SeqQueue<T> seqQueue) 9 {10 if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))11 throw new Exception("队列已空，不能进行出队操作");12 13 var single = seqQueue.data[seqQueue.head];14 15 //head指针自增16 seqQueue.data[seqQueue.head++] = default(T);17 18 return single;19 20 }21 #endregion
3：入队
这个跟”出队“的思想相反，同样也是需要做两件事情。
第一：判断队列是否已满。
第二：将tail指针向后移动一位，时间复杂度为O(1)。
代码段如下：
1 #region 队列元素入队 2 /// <summary> 3 /// 队列元素入队 4 /// </summary> 5 /// <typeparam name="T"></typeparam> 6 /// <param name="seqQueue"></param> 7 /// <param name="data"></param> 8 /// <returns></returns> 9 public SeqQueue<T> SeqQueueIn<T>(SeqQueue<T> seqQueue, T data)10 {11 //如果队列已满，则不能进行入队操作12 if (SeqQueueIsFull(seqQueue))13 throw new Exception("队列已满,不能入队操作");14 15 //入队操作16 seqQueue.data[seqQueue.tail++] = data;17 18 return seqQueue;19 }20 #endregion
4： 获取队头
知道”出队“和”入队“的原理，相信大家都懂的如何进行”获取队头“操作，唯一不一样的就是
他是只读操作，不会破坏”队列“结构，时间复杂度为O（1）。
代码段如下：
#region 获取队头元素 /// <summary> /// 获取队头元素 /// </summary> /// <typeparam name="T"></typeparam> /// <param name="seqQueue"></param> /// <returns></returns> public T SeqQueuePeek<T>(SeqQueue<T> seqQueue) { if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue)) throw new Exception("队列已空，不能进行出队操作");
return seqQueue.data[seqQueue.head]; } #endregion
5: 获取队长
大家都知道，我们是用数组来实现队列，所以千万不要想当然的认为数组长度是XXX，
我们维护的是一个head和tail的指针，所以长度自然就是tail-head咯，时间复杂度为O(1)。
代码段如下：
1 /// <summary> 2 /// 获取队列长度 3 /// </summary> 4 /// <typeparam name="T"></typeparam> 5 /// <param name="seqQueue"></param> 6 /// <returns></returns> 7 public int SeqQueueLen<T>(SeqQueue<T> seqQueue) 8 { 9 return seqQueue.tail - seqQueue.head;10 }
然后上一下总的运行代码：
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace SeqQueue 7 { 8 public class Program 9 { 10 static void Main(string[] args) 11 { 12 SeqQueue<Student> seqQueue = new SeqQueue<Student>(); 13 14 SeqQueueClass queueManage = new SeqQueueClass(); 15 16 Console.WriteLine("目前队列是否为空：" + queueManage.SeqQueueIsEmpty(seqQueue) + "\n"); 17 18 Console.WriteLine("将ID=1和ID=2的实体加入队列"); 19 queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 1, Name = "hxc520", Age = 23 }); 20 queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 2, Name = "一线码农", Age = 23 }); 21 22 Display(seqQueue); 23 24 Console.WriteLine("将队头出队"); 25 //将队头出队 26 var student = queueManage.SeqQueueOut(seqQueue); 27 28 Display(seqQueue); 29 30 //获取队顶元素 31 student = queueManage.SeqQueuePeek(seqQueue); 32 33 Console.Read(); 34 } 35 //展示队列元素 36 static void Display(SeqQueue<Student> seqQueue) 37 { 38 Console.WriteLine("******************* 链表数据如下 *******************"); 39 40 for (int i = seqQueue.head; i < seqQueue.tail; i++) 41 Console.WriteLine("ID:" + seqQueue.data[i].ID + 42 ",Name:" + seqQueue.data[i].Name + 43 ",Age:" + seqQueue.data[i].Age); 44 45 Console.WriteLine("******************* 链表数据展示完毕 *******************\n"); 46 } 47 } 48 49 #region 学生数据实体 50 /// <summary> 51 /// 学生数据实体 52 /// </summary> 53 public class Student 54 { 55 public int ID { get; set; } 56 57 public string Name { get; set; } 58 59 public int Age { get; set; } 60 } 61 #endregion 62 63 #region 队列的数据结构 64 /// <summary> 65 /// 队列的数据结构 66 /// </summary> 67 /// <typeparam name="T"></typeparam> 68 public class SeqQueue<T> 69 { 70 private const int maxSize = 100; 71 72 public int MaxSize 73 { 74 get { return maxSize; } 75 } 76 77 /// <summary> 78 /// 顺序队列的存储长度 79 /// </summary> 80 public T[] data = new T[maxSize]; 81 82 //头指针 83 public int head; 84 85 //尾指针 86 public int tail; 87 88 } 89 #endregion 90 91 #region 队列的基本操作 92 /// <summary> 93 /// 队列的基本操作 94 /// </summary> 95 public class SeqQueueClass 96 { 97 #region 队列的初始化操作 98 /// <summary> 99 /// 队列的初始化操作100 /// </summary>101 /// <typeparam name="T"></typeparam>102 /// <param name="seqQueue"></param>103 public SeqQueue<T> SeqQueueInit<T>(SeqQueue<T> seqQueue)104 {105 seqQueue.head = 0;106 seqQueue.tail = 0;107 108 return seqQueue;109 }110 #endregion111 112 #region 队列是否为空113 /// <summary>114 /// 队列是否为空115 /// </summary>116 /// <typeparam name="T"></typeparam>117 /// <param name="seqQueue"></param>118 /// <returns></returns>119 public bool SeqQueueIsEmpty<T>(SeqQueue<T> seqQueue)120 {121 //如果两指针重合，说明队列已经清空122 if (seqQueue.head == seqQueue.tail)123 return true;124 return false;125 }126 #endregion127 128 #region 队列是否已满129 /// <summary>130 /// 队列是否已满131 /// </summary>132 /// <typeparam name="T"></typeparam>133 /// <param name="seqQueue"></param>134 /// <returns></returns>135 public bool SeqQueueIsFull<T>(SeqQueue<T> seqQueue)136 {137 //如果尾指针到达数组末尾，说明队列已经满138 if (seqQueue.tail == seqQueue.MaxSize)139 return true;140 return false;141 }142 #endregion143 144 #region 队列元素入队145 /// <summary>146 /// 队列元素入队147 /// </summary>148 /// <typeparam name="T"></typeparam>149 /// <param name="seqQueue"></param>150 /// <param name="data"></param>151 /// <returns></returns>152 public SeqQueue<T> SeqQueueIn<T>(SeqQueue<T> seqQueue, T data)153 {154 //如果队列已满，则不能进行入队操作155 if (SeqQueueIsFull(seqQueue))156 throw new Exception("队列已满,不能入队操作");157 158 //入队操作159 seqQueue.data[seqQueue.tail++] = data;160 161 return seqQueue;162 }163 #endregion164 165 #region 队列元素出队166 /// <summary>167 /// 队列元素出队168 /// </summary>169 /// <typeparam name="T"></typeparam>170 /// <param name="seqQueue"></param>171 /// <returns></returns>172 public T SeqQueueOut<T>(SeqQueue<T> seqQueue)173 {174 if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))175 throw new Exception("队列已空，不能进行出队操作");176 177 var single = seqQueue.data[seqQueue.head];178 179 //head指针自增180 seqQueue.data[seqQueue.head++] = default(T);181 182 return single;183 184 }185 #endregion186 187 #region 获取队头元素188 /// <summary>189 /// 获取队头元素190 /// </summary>191 /// <typeparam name="T"></typeparam>192 /// <param name="seqQueue"></param>193 /// <returns></returns>194 public T SeqQueuePeek<T>(SeqQueue<T> seqQueue)195 {196 if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))197 throw new Exception("队列已空，不能进行出队操作");198 199 return seqQueue.data[seqQueue.head];200 }201 #endregion202 203 /// <summary>204 /// 获取队列长度205 /// </summary>206 /// <typeparam name="T"></typeparam>207 /// <param name="seqQueue"></param>208 /// <returns></returns>209 public int SeqQueueLen<T>(SeqQueue<T> seqQueue)210 {211 return seqQueue.tail - seqQueue.head;212 }213 }214 #endregion215 }
三：顺序队列的缺陷
大家看这张图，不知道可有什么异样的感觉，在这种状态下，我入队操作，发现程序提示队列
已满，但是tnd我这个数组还有一个空间啊，是的，这就是所谓的“假溢出”。
四：循环队列
俗话说的好啊，“没有跨不过的坎”。
1: 概念
之所以叫“循环”，得益于神奇的“%”。他让队列的首位进行相连，形成了一个我们思维中的
“圈圈”。
2：循环公式
tail=(tail+1)%array.Length;
多看几眼，大家就看通了其中循环的道理，我要做成如下的图:
3：对循环的改造
先前看了一些资料，有的压根就是错的，有的说想要循环，就要牺牲一个单位的空间。
我觉得没必要。我既要循环又不牺牲空间，所以反射了一下framework中的Queue类。
改造后代码如下：
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace SeqQueue 7 { 8 public class Program 9 { 10 static void Main(string[] args) 11 { 12 SeqQueue<Student> seqQueue = new SeqQueue<Student>(); 13 14 SeqQueueClass queueManage = new SeqQueueClass(); 15 16 Console.WriteLine("目前队列是否为空：" + queueManage.SeqQueueIsEmpty(seqQueue) + "\n"); 17 18 Console.WriteLine("将ID=1，2，3的实体加入队列\n"); 19 queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 1, Name = "hxc520", Age = 23 }); 20 queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 2, Name = "一线码农", Age = 23 }); 21 queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 3, Name = "51cto", Age = 23 }); 22 23 Console.WriteLine("\n当前队列个数：" + queueManage.SeqQueueLen(seqQueue) + ""); 24 25 Console.WriteLine("\n*********************************************\n"); 26 27 Console.WriteLine("我要出队了\n"); 28 queueManage.SeqQueueOut(seqQueue); 29 30 Console.WriteLine("哈哈，看看跟顺序队列异样之处，我再入队，看是否溢出\n"); 31 queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 4, Name = "博客园", Age = 23 }); 32 Console.WriteLine("\n....一切正常，入队成功"); 33 34 Console.WriteLine("\n当前队列个数：" + queueManage.SeqQueueLen(seqQueue) + ""); 35 36 Console.Read(); 37 } 38 } 39 40 #region 学生数据实体 41 /// <summary> 42 /// 学生数据实体 43 /// </summary> 44 public class Student 45 { 46 public int ID { get; set; } 47 48 public string Name { get; set; } 49 50 public int Age { get; set; } 51 } 52 #endregion 53 54 #region 队列的数据结构 55 /// <summary> 56 /// 队列的数据结构 57 /// </summary> 58 /// <typeparam name="T"></typeparam> 59 public class SeqQueue<T> 60 { 61 private const int maxSize = 3; 62 63 public int MaxSize 64 { 65 get { return maxSize; } 66 } 67 68 /// <summary> 69 /// 顺序队列的存储长度 70 /// </summary> 71 public T[] data = new T[maxSize]; 72 73 //头指针 74 public int head; 75 76 //尾指针 77 public int tail; 78 79 //队列中有效的数字个数 80 public int size; 81 } 82 #endregion 83 84 #region 队列的基本操作 85 /// <summary> 86 /// 队列的基本操作 87 /// </summary> 88 public class SeqQueueClass 89 { 90 #region 队列的初始化操作 91 /// <summary> 92 /// 队列的初始化操作 93 /// </summary> 94 /// <typeparam name="T"></typeparam> 95 /// <param name="seqQueue"></param> 96 public SeqQueue<T> SeqQueueInit<T>(SeqQueue<T> seqQueue) 97 { 98 seqQueue.size = seqQueue.head = seqQueue.tail = 0; 99 100 return seqQueue;101 }102 #endregion103 104 #region 队列是否为空105 /// <summary>106 /// 队列是否为空107 /// </summary>108 /// <typeparam name="T"></typeparam>109 /// <param name="seqQueue"></param>110 /// <returns></returns>111 public bool SeqQueueIsEmpty<T>(SeqQueue<T> seqQueue)112 {113 //如果两指针重合，说明队列已经清空114 if (seqQueue.size == 0)115 return true;116 return false;117 }118 #endregion119 120 #region 队列是否已满121 /// <summary>122 /// 队列是否已满123 /// </summary>124 /// <typeparam name="T"></typeparam>125 /// <param name="seqQueue"></param>126 /// <returns></returns>127 public bool SeqQueueIsFull<T>(SeqQueue<T> seqQueue)128 {129 //采用循环队列后，头指针130 if (seqQueue.size == seqQueue.MaxSize)131 return true;132 return false;133 }134 #endregion135 136 #region 队列元素入队137 /// <summary>138 /// 队列元素入队139 /// </summary>140 /// <typeparam name="T"></typeparam>141 /// <param name="seqQueue"></param>142 /// <param name="data"></param>143 /// <returns></returns>144 public SeqQueue<T> SeqQueueIn<T>(SeqQueue<T> seqQueue, T data)145 {146 //如果队列已满，则不能进行入队操作147 if (SeqQueueIsFull(seqQueue))148 throw new Exception("队列已满，还入啥队列啊！");149 150 //采用循环队列,必须先赋值，在自增tail指针151 seqQueue.data[seqQueue.tail] = data;152 seqQueue.tail = (seqQueue.tail + 1) % seqQueue.MaxSize;153 154 //队列实际元素增加155 seqQueue.size++;156 157 return seqQueue;158 }159 #endregion160 161 #region 队列元素出队162 /// <summary>163 /// 队列元素出队164 /// </summary>165 /// <typeparam name="T"></typeparam>166 /// <param name="seqQueue"></param>167 /// <returns></returns>168 public T SeqQueueOut<T>(SeqQueue<T> seqQueue)169 {170 if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))171 throw new Exception("队列已空，大哥，不要在出队了！");172 173 //循环队列出队，展现的是head的灵活性174 seqQueue.head = (seqQueue.head + 1) % seqQueue.MaxSize;175 176 //队列实际元素递减177 seqQueue.size--;178 179 return seqQueue.data[seqQueue.head];180 }181 #endregion182 183 #region 获取队头元素184 /// <summary>185 /// 获取队头元素186 /// </summary>187 /// <typeparam name="T"></typeparam>188 /// <param name="seqQueue"></param>189 /// <returns></returns>190 public T SeqQueuePeek<T>(SeqQueue<T> seqQueue)191 {192 if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))193 throw new Exception("队列已空，不能进行出队操作");194 195 return seqQueue.data[seqQueue.head];196 }197 #endregion198 199 #region 获取队列长度200 /// <summary>201 /// 获取队列长度202 /// </summary>203 /// <typeparam name="T"></typeparam>204 /// <param name="seqQueue"></param>205 /// <returns></returns>206 public int SeqQueueLen<T>(SeqQueue<T> seqQueue)207 {208 return seqQueue.size;209 }210 #endregion211 }212 #endregion213 }
时间： 2024-10-08 08:56:54