隊列

概念

隊列是一種特殊的線性表，特殊之處在于它遵循先入先出（FIFO）原則，只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的后端（rear）進行插入操作，和棧一樣，隊列是一種操作受限制的線性表。進行插入操作的端稱為隊尾，進行刪除操作的端稱為隊頭。

隊列區分

根據隊列的存儲方式不同可以分為順序存儲（數組）和鏈式存儲（鏈表），根據鏈表的形式又可以分為順隊列與循環隊列

順序隊列

順序隊列顧名思義就是一條路走到黑，front指向隊頭，rear指向隊尾，通過這兩個下標對隊列進行操作，如下圖所示：

每次在隊尾插入一個元素是，rear增1；每次在隊頭刪除一個元素時，front增1。隨著插入和刪除操作的進行，隊列元素的個數不斷變化，隊列所占的存儲空間也在為隊列結構所分配的連續空間中移動。當front=rear時，隊列中沒有任何元素，稱為空隊列。當rear增加到指向分配的連續空間之外時，隊列無法再插入新元素。

順序隊列實現

package queueimport "fmt"type Queue struct {maxSize intfront int // 隊列頭節點默認為節點的前一個rear int // 隊列尾節點queue []int }func NewQueue(maxSize int) *Queue {q := new(Queue)q.maxSize = maxSizeq.queue = make([]int, 0,maxSize)q.front = -1q.rear = -1return q }// Add 向隊列中添加元素 func (q *Queue) Add (val int) {if q.isFull() {fmt.Println("當前隊列已滿！")return}q.queue = append(q.queue, val)q.rear++return }// Get 從隊列中獲取元素 func (q *Queue) Get () int {if q.isEmpty() {return -1}q.front++return q.queue[q.front] }// Show 查看整個隊列元素 func (q *Queue) Show() []int{if q.isEmpty() {return []int{}}queues := make([]int, 0,q.maxSize)for i := q.front +1; i <= q.rear; i++{queues = append(queues, q.queue[i])}return queues }// 隊列是否滿了？ func (q *Queue) isFull() bool {return q.rear == q.maxSize-1 }// 隊列是否為空 func (q *Queue) isEmpty() bool {return q.rear == q.front } `` ```bash package mainimport ("Queue/queue""fmt" )func main() {fmt.Println("add 添加元素")fmt.Println("get 獲取元素")fmt.Println("show 查看所有元素")fmt.Println("exit 退出程序")fmt.Printf("請輸入隊列長度：")var queueLen intfmt.Scanln(&queueLen)q := queue.NewQueue(queueLen)fmt.Println("隊列容積：", queueLen)for {var point stringfmt.Scanln(&point)switch point {case "add":fmt.Printf("輸入添加元素：")var val int_, err := fmt.Scanln(&val)if err != nil {continue}q.Add(val)case "get":getVal := q.Get()if getVal == -1{fmt.Println("隊列為空，請先添加元素^_^")}else{fmt.Println("獲取元素：", getVal)}case "show":vals := q.Show()if len(vals) == 0 {fmt.Println("隊列為空，請先添加元素^_^")}else{fmt.Println("隊列全部元素為：", vals)}case "exit":fmt.Println("bey~~")returndefault :fmt.Println("輸入有誤，請重新輸入-_-!!")}} }

運行效果

順序隊列中的溢出現象：

（1） "下溢"現象：當隊列為空時，做出隊運算產生的溢出現象。“下溢”是正常現象，常用作程序控制轉移的條件。
（2）"真上溢"現象：當隊列滿時，做進棧運算產生空間溢出的現象。“真上溢”是一種出錯狀態，應設法避免。
（3）"假上溢"現象：由于入隊和出隊操作中，頭尾指針只增加不減小，致使被刪元素的空間永遠無法重新利用。當隊列中實際的元素個數遠遠小于向量空間的規模時，也可能由于尾指針已超越向量空間的上界而不能做入隊操作。該現象稱為"假上溢"現象。

可以發現，當rear增加到指向分配的連續空間之外時，隊列無法再插入新元素，但這時往往還有大量可用空間未被占用，這些空間是已經出隊的隊列元素曾經占用過得存儲單元。既然這個問題這么明顯，肯定會有一個方案去解決。

循環隊列

像前面說的，順序隊列很容易就會造成空間的浪費，為了使隊列空間能重復使用，需要對順序隊列的使用方法稍加改進：

無論插入或刪除，一旦rear指針增1或front指針增1 時超出了所分配的隊列空間，就讓它指向這片連續空間的起始位置。

自己真從MaxSize-1增1變到0，可用取余運算rear%MaxSize和front%MaxSize來實現。

這實際上是把隊列空間想象成一個環形空間，環形空間中的存儲單元循環使用，用這種方法管理的隊列也就稱為循環隊列。除了一些簡單應用之外，真正實用的隊列是循環隊列。
在循環隊列中，當隊列為空時，有front=rear，而當所有隊列空間全占滿時，也有front=rear。為了區別這兩種情況，規定循環隊列最多只能有MaxSize-1個隊列元素，當循環隊列中只剩下一個空存儲單元時，隊列就已經滿了。因此，隊列判空的條件時front=rear，而隊列判滿的條件時front=（rear+1）%MaxSize。
循環的隊列的狀態如圖所示：

循環隊列實現

package circleQueueimport "fmt"type CircleQueue struct {front int //頭節點下標rear int //尾節點下標maxSize int //隊列容積queue []int }func NewCircleQueue(maxSize int) *CircleQueue {q := new(CircleQueue)q.maxSize = maxSize + 1 // 預留一個空位置做判斷q.front = 0q.rear = 0q.queue = make([]int, q.maxSize)return q }// Add 向隊列中添加元素 func (q *CircleQueue) Add(val int) {if q.isFull() {fmt.Println("當前隊列已滿！")return}q.queue[q.rear] = valq.rear = (q.rear + 1) % q.maxSizereturn }// Get 從隊列中獲取元素 func (q *CircleQueue) Get() int {if q.isEmpty() {return -1}defer func() {q.front = (q.front + 1) % q.maxSize}()return q.queue[q.front] }// Show 查看整個隊列元素 func (q *CircleQueue) Show() []int {if q.isEmpty() {return []int{}}// rear = 1 front = 3 1+4-3// rear = 3 front = 1 3+4-1queues := make([]int, 0, q.maxSize)for i := q.front; i < q.front + q.queueSize(); i++ {queues = append(queues, q.queue[i % q.maxSize])}return queues }// 隊列是否滿了？ func (q *CircleQueue) isFull() bool {return (q.rear+1)%q.maxSize == q.front }// 隊列是否為空 func (q *CircleQueue) isEmpty() bool {return q.rear == q.front }// 獲取隊列元素個數 func (q *CircleQueue) queueSize() int {return (q.rear + q.maxSize - q.front) % q.maxSize } package mainimport ("Queue/circleQueue""fmt" )func main() {fmt.Println("add 添加元素")fmt.Println("get 獲取元素")fmt.Println("show 查看所有元素")fmt.Println("exit 退出程序")fmt.Printf("請輸入隊列長度：")var queueLen intfmt.Scanln(&queueLen)q := circleQueue.NewCircleQueue(queueLen)fmt.Println("隊列容積：", queueLen)for {var point stringfmt.Scanln(&point)switch point {case "add":fmt.Printf("輸入添加元素：")var val int_, err := fmt.Scanln(&val)if err != nil {continue}q.Add(val)case "get":getVal := q.Get()if getVal == -1{fmt.Println("隊列為空，請先添加元素^_^")}else{fmt.Println("獲取元素：", getVal)}case "show":vals := q.Show()if len(vals) == 0 {fmt.Println("隊列為空，請先添加元素^_^")}else{fmt.Println("隊列全部元素為：", vals)}case "exit":fmt.Println("bey~~")returndefault :fmt.Println("輸入有誤，請重新輸入-_-!!")}}}

運行效果

由于最近在學習go語言，所以就用golang實現了^^_^

創作挑戰賽新人創作獎勵來咯，堅持創作打卡瓜分現金大獎

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构 - 队列（图解+源码）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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