队列

上一篇数据结构讲到了栈，队列和栈非常类似。队列也是一种特殊的列表，它与栈的区别在于，栈是先入后出，而队列则是遵循FIFO先入先出的原则，换言之队列只能在队尾插入元素，而在队列的头部去删除元素。

举个简单的例子，队列就相当于在生活中排队购物，后来的人需要排在队尾，而队伍最前面的人会一次结账后出列。队列的应用非常广泛，常用于实现缓冲区，广度优先搜索，优先级队列等等。

队列最主要的两个操作分别是enqueue(入列)和dequeue(出列)

队列的实现逻辑

通过上面这张图我们可以看到队列的几个特点

• 初始化

  • 有一块连续的空间用来去存储队列
  • 有一个头部指向第一个数据的地址
  • 有一个尾部指向数据后一个空位的地址
  • 空间的大小
  • 队列内部数据的长度

    class Queue {
        constructor(max=1000){
            // 定义一块连续的存储空间用来存储数据
            this.data = new Array(1000);
            // 开辟的空间大小
            this.max = max;
            // 头部位置
            this.head = 0;
            // 尾部位置
            this.tail = 0;
            // 数据长度
            this.size = 0;
        }
    }

• enqueue 入列

  • 当数据长度超出了开辟的空间大小会报overflow的错误
  • 向尾部添加新数据
  • 尾部指针向后挪动一位，如果尾部没有空间，则指向0（见上图的两个enqueue操作）

    enqueue(x) {
        // 溢出
        if(this.size === this.max){
            throw 'overflow'
        }
        // 添加新数据到尾部
        this.data[this.tail] = x;
        // 数据长度+1
        this.size++;
        // 尾部指针向后挪动一位，如果后面没有空间，则指向0
        if(this.tail === this.max-1){
            this.tail = 0;
        }else{
            this.tail++
        }
    }

• dequeue出列

  • 如果当前数据长度为0，则抛出underflow的错误
  • 取出头部位置的数据
  • 头部指针向后挪动一位
  • 数据长度-1
  • 返回该数据

    dequeue(){
        if(this.size === 0){
            throw 'underflow';
        }
        const x = this.data[this.head];
        this.head++;
        this.size--;
        return x;
    }

整个代码

    class Queue {
      constructor(max = 1000) {
        this.data = new Array(max);
        this.max = max;
        this.head = 0;
        this.tail = 0;
        this.size = 0;
      }
    
      // 入列
      enqueue(x) {
        if (this.size === this.max) {
          throw 'overflow';
        }
        this.data[this.tail] = x;
        this.size++;
        if (this.tail === this.max - 1) {
          this.tail = 0;
        } else {
          this.tail++;
        }
      }
    
      // 出列
      dequeue() {
        if (this.size === 0) {
          throw 'underflow';
        }
        const x = this.data[this.head];
        this.head++;
        this.size--;
        return x;
      }
    
      get length() {
        return this.size;
      }
    }
    
    module.exports = Queue;

扩展–栈实现队列

队列也可以通过两个栈来实现，不了解栈的同学可以看上一篇关于栈文章，接下来会引入之前写好的栈，具体代码见下面。

    // 上一节中，栈的实现代码
    const Stack = require('./stack');
    
    class Queue {
        constructor(max=1000){
            // 实例化两个栈，分别是s1和s2, s1栈用来做入列,s2栈用来出列使用
            this.s1 = new Stack(max);
            this.s2 = new Stack(max);
            this.max = max;
        }
        // 入列
        enqueue(x) {
            if(this.s1.length === this.max){
                throw 'overflow'
            }
            // s1作为入列
            this.s1.push(x);
        }
        // 出列
        dequeue(){
            if(this.s2.length>0){
                return this.s2.pop;
            }
            while(this.s1.length){
                this.s2.push(this.s1.pop());
            }
            return this.s2.pop();
        }
    }

在这里大致简单的说明一下以上用两个栈来实现队列的逻辑吧。

• 栈s1 入栈后假设数据为 1,2,3,4,5，队列遵循先入先出，所以dequeue的时候的顺序应该是1,2,3,4,5,那么下面我们看如何利用栈s2出栈。
• 首先栈s1 pop()出栈后的数据则为 5,4,3,2,1 正好倒过来, 我们利用循环将栈s1出栈的数据push到栈s2，则栈s2中的数据就会是5,4,3,2,1。下面我们再执行s2.pop()的时候，是不是就能刚好能依次拿到1,2,3,4,5这几个数据了

后续

下一张的数据结构会为大家介绍链表