数据结构队列-先进先出
一,概述
队列这个概念非常好理解。你可以把它想象成排队买票,先来的先买,后来的人只能站末尾,不允许插队。先进者先出,这就是典型的“队列”。
二,顺序队列和链式队列
队列和栈一样,也是一种抽象的数据结构,操作上具有“先进先出”的特性,队列只允许在"队首"进行删除操作,而在"队尾"进行插入操作。基于数组实现的顺序队列的C++
代码如下:
// 用数组实现的队列
class ArrayQueue(){// 数组:items,数组大小:n
private:int n = 20;int head = 0; // 队头下标int tail = 0; // 队尾下标public:// 带参数的构造函数:申请一个大小为 capacity 的数组ArrayQueue(int capacity){// items = new int[capacity];vector<int> items(capacity);n = capacity;}// 入队bool enqueue(int item){if(tail == n) return False;items[tail] = item;++tail;return True;}// 时间复杂度为O(1)的入队操作bool enqueue2(int item){// tail == n,表示队列末尾没有空间了if(tail == n){// tail == n && head == 0,表示整个队列都占满了if(head == 0) return False;// 数据搬移for(i=head; i<tail; ++i){items[i-head] = items[i];}// 重新更新 head 和 tailtail = tail - head; // tail -= headhead = 0; // 队首位置}items[tail] = item;++tail;return True;}// 出队bool dequeue(){// head == tail 表示队列为空if (head == tail) return null;int ret = items[tail];++head;return ret;}
}
入队时间复杂度为 O(1)
。分析:大部分情况下入队操作时间复杂度为 O(1)
,只有在 tail
在末尾时( tail=n
)才进行数据迁移,此时的入队操作时间复杂度为 O(n)
,根据均摊时间复杂度得到入队时间复杂度为 O(1)
。
三,循环队列
前面用数组实现队列,当 tail = n
时,会有数据搬移操作。循环队列首尾相连,用数组实现循环队列代码的关键在于判断队列满和空的条件。
- 非循环队列:
- 队满:
tail = n
- 队空:
head = tail
- 队满:
- 循环队列:
- 队满:
(tail + 1) % n = head
- 队空:
head = tail
- 队满:
基于数组实现的循环队列的C++
代码如下:
// 用数组实现的循环队列,关键在于创建队头和队尾下标
class CircularQueue(){private:int n = 12;int items[];// head表示队头下标,tail表示队尾下标int head = 0;int tail = 0;
public:CircularQueue(int capacity){// items = new int[capacty];vector<int> items(capacity);n = capacity;}// 入队函数bool enqueue(int item){// 队列满了if((tail+1)%n = head) return False;items[tail] = item;tail = (tail + 1) % n}// 出队函数int dequeue(){// // 如果head == tail 表示队列为空if(head == tail) return null;int ret = items[head];head = (head + 1) % n;return ret;}
}
四,阻塞队列和并发队列
- 阻塞队列就是入队、出队操作都可以阻塞,简单来说就是队列为空时,队首取数据会被阻塞,队列为满时,队尾插入数据会被阻塞,直到队列有空闲数据才允许在队尾插入数据。使用阻塞队列结构可以轻松实现“消费者-生产者模型”。
- 并发队列就是队列的操作多线程安全。最简单直接的实现方式是直接在
enqueue()、dequeue()
方法上加锁,但是锁粒度大并发度会比较低,同一时刻仅允许一个存或者取操作。实际上,基于数组的循环队列,利用CAS
原子操作,可以实现非常高效的并发队列。这也是循环队列比链式队列应用更加广泛的原因。
参考资料
《数据结构与算法之美》-队列
数据结构队列-先进先出相关推荐
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