C#环形队列的实现方法详解

程序员文章站 2022-07-02 22:09:53

一、环形队列是什么队列是一种常用的数据结构，这种结构保证了数据是按照“先进先出”的原则进行操作的，即最先进去的元素也是最先出来的元素.环形队列是一种特殊的队列结构...

一、环形队列是什么

队列是一种常用的数据结构，这种结构保证了数据是按照“先进先出”的原则进行操作的，即最先进去的元素也是最先出来的元素.环形队列是一种特殊的队列结构，保证了元素也是先进先出的，但与一般队列的区别是，他们是环形的，即队列头部的上个元素是队列尾部，通常是容纳元素数固定的一个闭环。

二、环形队列的优点

　1.保证元素是先进先出的

是由队列的性质保证的，在环形队列中通过对队列的顺序访问保证。

　2.元素空间可以重复利用

因为一般的环形队列都是一个元素数固定的一个闭环，可以在环形队列初始化的时候分配好确定的内存空间，当进队或出队时只需要返回指定元素内存空间的地址即可，这些内存空间可以重复利用，避免频繁内存分配和释放的开销。

　3.为多线程数据通信提供了一种高效的机制。

在最典型的生产者消费者模型中，如果引入环形队列，那么生成者只需要生成“东西”然后放到环形队列中即可，而消费者只需要从环形队列里取“东西”并且消费即可，没有任何锁或者等待，巧妙的高效实现了多线程数据通信。

三、c#环形队列的实现

看了一个数据结构的教程，是用c++写的，可自己c#还是一个菜鸟，更别说c++了，但还是大胆尝试用c#将其中的环形队列的实现写出来，先上代码：

public class myqueue<t> : idisposable
 {
  private t[] queue;
  private int length;
  private int capacity;
  private int head = 0;
  private int tail = 0;

  public myqueue(int capacity) {
   this.capacity = capacity;
   this.head = 0;
   this.tail = 0;
   this.length = 0;
   this.queue = new t[capacity];
  }

  public void clear() {
   head = 0;
   tail = 0;
   length = 0;
  }

  public bool isempty() {
   return length == 0;
  }

  public bool isfull() {
   return length == capacity;
  }

  public int length() {
   return length;
  }

  public bool enqueue(t node) {
   if (!isfull()) {
    queue[tail] = node;
    tail = (++tail) % capacity;
    length++;
    return true;
   }
   return false;
  }

  public t dequeue() {
   t node = default(t);
   if (!isempty()) {
    node = queue[head];
    head = (++head) % capacity;
    length--;
   }
   return node;
  }

  public void traverse() {
   for (int i = head; i < length + head; i++) {
    console.writeline(queue[i % capacity]);
    console.writeline($"前面还有{i - head}个");
   }
  }

  public void dispose() {
   queue = null;
  }
 }

为了能够通用，所以用的是泛型来实现环形队列类。这里最重要的是进队(enqueue)和出队(dequeue)两个方法，进队或出队后头和尾的位置都要通过取模运算来获得，因为是环形队列嘛，你懂的。

1、简单类型队列

好了，测试下入队：

class program
 {
  static void main(string[] args) {
   myqueue<int> queue = new myqueue<int>(4);
   queue.enqueue(10);
   queue.enqueue(16);
   queue.enqueue(18);
   queue.enqueue(12);
   queue.traverse();
   console.read();
  }
 }

显示结果：

C#环形队列的实现方法详解

再测试下出队：

class program
 {
  static void main(string[] args) {
   myqueue<int> queue = new myqueue<int>(4);
   queue.enqueue(10);
   queue.enqueue(16);
   queue.enqueue(18);
   queue.enqueue(12);
   queue.traverse();

   console.writeline("弹两个出去");
   queue.dequeue();
   queue.dequeue();
   console.writeline();
   queue.traverse();
   console.read();
  }
 }

运行结果：

C#环形队列的实现方法详解

2、复杂类型队列

之前也说了，这个队列类是用的泛型写的，对应于c++的模板了，那就意味着任何类型都可以使用这个队列类，来测试个自定义的类试试，如下先定义一个customer类：

public class customer
 {
  public string name { get; set; }

  public int age { get; set; }

  public void pringinfo() {
   console.writeline("姓名:" + name);
   console.writeline("年龄:" + age);
   console.writeline();
  }
 }

然后进行入队，如下：

class program
 {
  static void main(string[] args) {
   myqueue<customer> queue = new myqueue<customer>(5);
   queue.enqueue(new customer() { name = "宋小二", age = 29 });
   queue.enqueue(new customer() { name = "陈小三", age = 28 });
   queue.enqueue(new customer() { name = "王小四", age = 26 });
   queue.enqueue(new customer() { name = "朱小五", age = 48 });
   for (int i = 0; i < queue.length(); i++) {
    queue[i].pringinfo();
   }
   console.read();
  }
 }

上面的代码 queue[i].pringinfo();是通过索引来实现，所以我们得在队列类中实现索引，添加如下代码到myqueue.cs类中，如下：

   public t this[int index] {
    get {
     return queue[index];
    }
   }

感觉用for循环来遍历还是不够好，想用foreach，那就给myqueue类加个遍历接口，如下：

C#环形队列的实现方法详解

然后实现这个接口，如下：

public ienumerator<t> getenumerator() {
   foreach(t node in queue) {
    if(node != null) { 
     yield return node;
    }
   }
  }

  ienumerator ienumerable.getenumerator() {
   return getenumerator();
  }

这样遍历的地方就可以改成foreach了，如下：

C#环形队列的实现方法详解