C#數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之隊(duì)列(Quene)實(shí)例詳解
本文實(shí)例講述了C#數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之隊(duì)列(Quene)。分享給大家供大家參考,具體如下:
隊(duì)列(Quene)的特征就是“先進(jìn)先出”,隊(duì)列把所有操作限制在"只能在線性結(jié)構(gòu)的兩端"進(jìn)行,更具體一點(diǎn):添加元素必須在線性表尾部進(jìn)行,而刪除元素只能在線性表頭部進(jìn)行。
先抽象接口IQuene<T>
namespace 棧與隊(duì)列
{
public interface IQuene<T>
{
/// <summary>
/// 取得隊(duì)列實(shí)際元素的個(gè)數(shù)
/// </summary>
/// <returns></returns>
public int Count();
/// <summary>
/// 判斷隊(duì)列是否為空
/// </summary>
/// <returns></returns>
public bool IsEmpty();
/// <summary>
/// 清空隊(duì)列
/// </summary>
public void Clear();
/// <summary>
/// 入隊(duì)(即向隊(duì)列尾部添加一個(gè)元素)
/// </summary>
/// <param name="item"></param>
public void Enquene(T item);
/// <summary>
/// 出隊(duì)(即從隊(duì)列頭部刪除一個(gè)元素)
/// </summary>
/// <returns></returns>
public T Dequene();
/// <summary>
/// 取得隊(duì)列頭部第一元素
/// </summary>
/// <returns></returns>
public T Peek();
}
}
下面是基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的示意圖:

實(shí)現(xiàn)思路:用一個(gè)數(shù)組存放所有元素,同時(shí)設(shè)置二個(gè)關(guān)鍵變量front與rear用于記錄隊(duì)列“頭”與“尾”的元素下標(biāo),當(dāng)有元素入列時(shí)rear加1,當(dāng)有元素出隊(duì)時(shí)front+1,而rear-front即為隊(duì)列實(shí)際元素的總數(shù).
但有一種“隊(duì)列偽滿”的特殊情況要注意,如下圖:

這張圖上面的部分:假設(shè)經(jīng)過入隊(duì)、出隊(duì)一番折騰后,rear已經(jīng)指向數(shù)組的下標(biāo)最大值,而front指向在中間(即front之間的元素已經(jīng)出隊(duì)不用考慮了,相當(dāng)于front下標(biāo)前面的內(nèi)存區(qū)域空閑),如果這時(shí)再有一個(gè)元素入列,rear+1就超出數(shù)組下標(biāo)的最大值了,但是從圖上一眼就能看出,實(shí)際上front前面還空著一堆位置可以重復(fù)利用,隊(duì)列并非真正的“滿”--這種情況稱為偽滿,為了解決這個(gè)問題,我們可以把數(shù)組想象為首尾相接的循環(huán)結(jié)構(gòu),即圖中下面部分,這時(shí)候可以讓rear重新指向到0,以便重復(fù)利用空閑的位置。
所以:入列時(shí)rear++的操作,應(yīng)該稍做修正,當(dāng)rear到數(shù)組下標(biāo)最大值時(shí),讓它置0,以便能循環(huán)利用 (見后面的代碼)
另外還有一個(gè)問題:最開始時(shí)front與rear都為-1,即front==rear時(shí)表示隊(duì)列為空,改成循環(huán)以后,有可能會(huì)出現(xiàn)rear在循環(huán)過程中碰到front的情況,即真正意義的上"滿"狀態(tài),這時(shí)rear也同樣等于front,這樣就無法單純的用rear==front來判斷是滿,還是空?這時(shí)可以浪費(fèi)一個(gè)元素的位置,認(rèn)為當(dāng)rear+1==front時(shí),隊(duì)列就已經(jīng)滿了,雖然犧牲了一個(gè)元素的空間,但卻換來了邏輯的正確性,還是值得的。
完整實(shí)現(xiàn)如下:
using System;
using System.Text;
namespace 棧與隊(duì)列
{
/// <summary>
/// 循環(huán)順序隊(duì)列
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
public class CSeqQueue<T>:IQueue<T>
{
private int maxsize;
private T[] data;
private int front;
private int rear;
public CSeqQueue(int size)
{
data = new T[size];
maxsize = size;
front = rear = -1;
}
public int Count()
{
if (rear > front)
{
return rear - front;
}
else
{
return (rear - front + maxsize) % maxsize;
}
}
public void Clear()
{
front = rear = -1;
}
public bool IsEmpty()
{
return front == rear;
}
public bool IsFull()
{
if (front != -1) //如果已經(jīng)有元素出隊(duì)過
{
return (rear + 1) % maxsize == front;//為了區(qū)分與IsEmpty的區(qū)別,有元素出隊(duì)過以后,就只有浪費(fèi)一個(gè)位置來保持邏輯正確性.
}
else
{
return rear == maxsize - 1;
}
}
public void Enqueue(T item)
{
if (IsFull())
{
Console.WriteLine("Queue is full");
return;
}
if (rear == maxsize - 1) //如果rear到頭了,則循環(huán)重來(即解決偽滿問題)
{
rear = 0;
}
else
{
rear++;
}
data[rear] = item;
}
public T Dequeue()
{
if (IsEmpty())
{
Console.WriteLine("Queue is empty");
return default(T);
}
if (front == maxsize - 1) //如果front到頭了,則重新置0
{
front = 0;
}
else
{
front++;
}
return data[front];
}
public T Peek()
{
if (IsEmpty())
{
Console.WriteLine("Queue is empty!");
return default(T);
}
return data[(front + 1) % maxsize];
}
public override string ToString()
{
if (IsEmpty()) { return "queue is empty."; }
StringBuilder sb = new StringBuilder();
if (rear > front)
{
for (int i = front + 1; i <= rear; i++)
{
sb.Append(this.data[i].ToString() + ",");
}
}
else
{
for (int i = front + 1; i < maxsize; i++)
{
sb.Append(this.data[i].ToString() + ",");
}
for (int i = 0; i <= rear; i++)
{
sb.Append(this.data[i].ToString() + ",");
}
}
return "front = " + this.front + " \t rear = " + this.rear + "\t count = " + this.Count() + "\t data = " + sb.ToString().Trim(',');
}
}
}
測(cè)試代碼片段:
CSeqQueue<int> queue = new CSeqQueue<int>(5); queue.Enqueue(1); queue.Enqueue(2); queue.Enqueue(3); queue.Enqueue(4); Console.WriteLine(queue);//front = -1 rear = 3 count = 4 data = 1,2,3,4 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//front = 0 rear = 3 count = 3 data = 2,3,4 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//front = 1 rear = 3 count = 2 data = 3,4 queue.Enqueue(5); Console.WriteLine(queue);//front = 1 rear = 4 count = 3 data = 3,4,5 queue.Enqueue(6); Console.WriteLine(queue);//front = 1 rear = 0 count = 4 data = 3,4,5,6 queue.Enqueue(7); //Queue is full Console.WriteLine(queue);//front = 1 rear = 0 count = 4 data = 3,4,5,6 queue.Dequeue(); queue.Enqueue(7); Console.WriteLine(queue);//front = 2 rear = 1 count = 4 data = 4,5,6,7 queue.Clear(); Console.WriteLine(queue);//queue is empty. queue.Enqueue(1); queue.Enqueue(2); queue.Enqueue(3); queue.Enqueue(4); Console.WriteLine(queue);//front = -1 rear = 3 count = 4 data = 1,2,3,4 queue.Enqueue(5); Console.WriteLine(queue);//front = -1 rear = 4 count = 5 data = 1,2,3,4,5 queue.Enqueue(6); //Queue is full Console.WriteLine(queue);//front = -1 rear = 4 count = 5 data = 1,2,3,4,5 queue.Dequeue(); queue.Dequeue(); queue.Dequeue(); queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//front = 3 rear = 4 count = 1 data = 5 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//queue is empty. queue.Enqueue(0); queue.Enqueue(1); queue.Enqueue(2); queue.Enqueue(3); queue.Enqueue(4); //Queue is full Console.WriteLine(queue);//front = 4 rear = 3 count = 4 data = 0,1,2,3 Console.WriteLine(queue.Peek());//0 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//front = 0 rear = 3 count = 3 data = 1,2,3 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//front = 1 rear = 3 count = 2 data = 2,3 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//front = 2 rear = 3 count = 1 data = 3 queue.Dequeue(); Console.WriteLine(queue);//queue is empty. queue.Enqueue(9); Console.WriteLine(queue);//front = 3 rear = 4 count = 1 data = 9 Console.ReadLine();
當(dāng)然,隊(duì)列也可以用鏈表來實(shí)現(xiàn),相對(duì)要容易很多。
先定義鏈表中的節(jié)點(diǎn)Node.cs
namespace 棧與隊(duì)列
{
public class Node<T>
{
private T data;
private Node<T> next;
public Node(T data, Node<T> next)
{
this.data = data;
this.next = next;
}
public Node(Node<T> next)
{
this.next = next;
this.data = default(T);
}
public Node(T data)
{
this.data = data;
this.next = null;
}
public Node()
{
this.data = default(T);
this.next = null;
}
public T Data {
get { return this.data; }
set { this.data = value; }
}
public Node<T> Next
{
get { return next; }
set { next = value; }
}
}
}
為了方便,定義了很多構(gòu)造函數(shù)的重載版本,當(dāng)然這些只是浮云,重點(diǎn)是理解結(jié)構(gòu):data用來保存數(shù)據(jù),next指出下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是誰
鏈?zhǔn)疥?duì)列的完整實(shí)現(xiàn)LinkQueue.cs
using System;
using System.Text;
namespace 棧與隊(duì)列
{
public class LinkQueue:IQueue
{
private Node front;//隊(duì)列頭
private Node rear;//隊(duì)列尾
private int num;//隊(duì)列元素個(gè)數(shù)
///
/// 構(gòu)造器
///
public LinkQueue()
{
//初始時(shí)front,rear置為null,num置0
front = rear = null;
num = 0;
}
public int Count()
{
return this.num;
}
public void Clear()
{
front = rear = null;
num = 0;
}
public bool IsEmpty()
{
return (front == rear && num == 0);
}
//入隊(duì)
public void Enqueue(T item)
{
Node q = new Node(item);
if (rear == null)//第一個(gè)元素入列時(shí)
{
front = rear = q;
}
else
{
//把新元素掛到鏈尾
rear.Next = q;
//修正rear指向?yàn)樽詈笠粋€(gè)元素
rear = q;
}
//元素總數(shù)+1
num++;
}
//出隊(duì)
public T Dequeue()
{
if (IsEmpty())
{
Console.WriteLine("Queue is empty!");
return default(T);
}
//取鏈?zhǔn)自?
Node p = front;
//鏈頭指向后移一位
front = front.Next;
//如果此時(shí)鏈表為空,則同步修正rear
if (front == null)
{
rear = null;
}
num--;//個(gè)數(shù)-1
return p.Data;
}
public T Peek()
{
if (IsEmpty())
{
Console.WriteLine("Queue is empty!");
return default(T);
}
return front.Data;
}
public override string ToString()
{
if (IsEmpty()) {
Console.WriteLine("Queue is empty!");
}
StringBuilder sb = new StringBuilder();
Node node = front;
sb.Append(node.Data.ToString());
while (node.Next!=null)
{
sb.Append("," + node.Next.Data.ToString());
node = node.Next;
}
return sb.ToString().Trim(',');
}
}
}
希望本文所述對(duì)大家C#程序設(shè)計(jì)有所幫助。
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