3.golang数据结构之队列

1. 队列的应用场景

2. 队列的介绍

1）队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。

2）遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出。

示意图：（使用数组模拟队列示意图）

3. 数组模拟队列

1）队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组声明如下，其中maxSize是该队列的最大容量

2）因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理的，因此需要两个遍历front及rear分别记录队列前后端的下标，front会随着数据输出而改变，而rear则是随着数据输入而改变。

如图所示：

3）先完成一个非环形的队列（数组来实现）

当我们将数据存入队列时，称为“addqueue”，addqueue的处理需要有两个步骤：

（1）将尾指针往后移：rear + 1，front == rear 【空】

（2）若尾指针rear小于等于队列的最大下标MaxSize-1，则将数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear == MaxSize - 1【队列满】

思路分析：

单向队列的实现，代码如下：

package main
import ("fmt""errors""os"
)
// 数组模拟队列
// 使用数组实现队列的思路
// 1. 创建一个数组array，是作为队列的一个字段
// 2. front初始化为-1
// 3. real表示队列尾部，初始化为-1
// 4. 完成队列的基本查找
// AddQueue  // 加入数据到队列
// GetQueue // 从队列取出数据
// showQueue // 显示队列
type Queue struct {maxSize intarray [5]int // 数组 => 模拟队列front int // 表示指向队列首rear int // 表示指向队列的尾部
}
// 1. 添加数据到队列
func (this *Queue) AddQueue(val int) (err error) {// 先判断队列是否已满if this.rear == this.maxSize - 1 { // 重要的提示：0..........................此时rear是队列尾部，包含最后这个元素return errors.New("queue full")}this.rear++ // 将rear后移一位this.array[this.rear] = valreturn
}
// 2. 显示队列，找到队首，然后到遍历到队尾
func (this *Queue) ShowQueue() {fmt.Println("队列当前的情况是：")// this.front 不包含这个队首的元素for i := this.front + 1; i <= this.rear; i++ {fmt.Printf("array[%d]=%d \t", i,this.array[i])}}
// 3. 从队列中取出数据
func (this *Queue) GetQueue() (val int,err error) {// 先判断队列是否为空if (*this).front == (*this).rear { // 队空return -1,errors.New("queue empty")}this.front++val = this.array[this.front]return val, err
}
func main() {// 先创建一个队列queue := &Queue{   // 这种形式的写法，下面要调用GetQueue就不能再写成(&queue).GetQueue()maxSize: 5,front: -1,rear: -1,}// 菜单var key stringvar val intfor {fmt.Println("1. 输入add  表示添加数据到队列")fmt.Println("2. 输入get  表示从队列中获取数据")fmt.Println("3. 输入show 表示显示队列")fmt.Println("4. 输入exit 表示显示队列")fmt.Scanln(&key)switch key {case "add":fmt.Println("输入你要入队列数")fmt.Scanln(&val)err := queue.AddQueue(val)if err == nil {fmt.Println("加入队列ok")} else {fmt.Println(err.Error())}case "get":val, err := queue.GetQueue()if err != nil {fmt.Println(err.Error())} else {fmt.Println("从队列中取出了一个数=",val)}case "show":queue.ShowQueue()case "exit":os.Exit(0)}}
}

对上面代码的小结和说明：

1）上面代码实现了基本队列结构，但是没有有效的利用数组空间

2）请思考，如何使用数组，实现一个环形队列

数组模拟环形队列

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。因此将数组看作是一个环形的。（通过取模的方式来实现即可）

提醒：

1）尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定，这个在做判断队列满的时候需要注意（tail + 1） % maxSize == head 【满】

2）tail == head 【空】

3）分析思路如下：

（1）什么时候表示队列满（tail + 1）% maxSize == head

（2）tail == head 表示空

（3）初始化时，tail == 0，head == 0

（4）怎么统计该队列有多少个元素（tail + maxSize - head）% maxSize

package main
import ("fmt""errors""os"
)// 使用一个结构体管理队列
type CircleQueue struct {maxSize intarray [5]int // 数组 => 模拟队列head int // 指向队首tail int // 指向队尾
}
// 0. 添加数据到环形队列
func (this *CircleQueue) Push(val int) (err error) {if this.IsFull() {return errors.New("CirleQueue full")}this.array[this.tail] = val // 把值给尾部this.tail = (this.tail + 1) % this.maxSizereturn
}
func (this *CircleQueue) Pop() (val int, err error) {if this.IsEmpty() {return -1,errors.New("CircleQueue empty")}// 取出val = this.array[this.head]this.head++return val, nil
}
// 2. 判断环形队列是否满了
func (this *CircleQueue) IsFull()bool {return (this.tail + 1) % this.maxSize == this.head
}
// 3. 判断环形队列是否为空
func (this *CircleQueue) IsEmpty() bool {return this.tail == this.head
}
// 4. 取出环形队列有多少个元素
func (this *CircleQueue) Size() int {return (this.tail + this.maxSize - this.head) % this.maxSize
}// 5. 显示环形队列
func (this *CircleQueue) Show() {// 取出当前队列有多少个元素size := this.Size()if size == 0 {fmt.Println("队列为空")}// 设计一个辅助的变量，指向headtempHead := this.headfor i := 0; i < size; i++ {fmt.Printf("arr[%d]=%d\t",tempHead,this.array[tempHead])tempHead = (tempHead + 1) % this.maxSize}fmt.Println()
}func main() {var circleQueue = &CircleQueue{maxSize: 5,head: 0,tail: 0,}var key stringvar val intfor {fmt.Println("1. 输入add  表示添加数据到环形队列")fmt.Println("2. 输入get  表示从环形队列中获取数据")fmt.Println("3. 输入show 表示显示环形队列")fmt.Println("4. 输入exit 表示退出操作环形队列")fmt.Scanln(&key)switch key {case "add":fmt.Println("输入添加到队列的数据：")fmt.Scanln(&val)err := circleQueue.Push(val)if err != nil {fmt.Println(err.Error())} else {fmt.Println("加入队列 ok")}case "get":val, err := circleQueue.Pop()if err != nil {fmt.Println(err.Error())} else {fmt.Println("从队列中取出了一个数=",val)}case "show":circleQueue.Show()case "exit":os.Exit(0)}}
}

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