資料結構之佇列and棧總結分析
阿新 • • 發佈：2019-11-17
一、前言：
資料結構中佇列和棧也是常見的兩個資料結構，佇列和棧在實際使用場景上也是相輔相成的，下面簡單總結一下，如有不對之處，多多指點交流，謝謝。
二、佇列簡介
佇列顧名思義就是排隊的意思，根據我們的實際生活不難理解，排隊就是有先後順序，先到先得，其實在程式資料結構中的佇列其效果也是一樣，及先進先出。
佇列大概有如下一些特性：
1、操作靈活，在初始化時不需要指定其長度，其長度自動增加（預設長度為32）
注：在實際使用中，如果事先能夠預估其長度，那麼在初始化時指定長度，可以提高效率
2、泛型的引入，佇列在定義時可以指定資料型別避免裝箱拆箱操作
3、儲存資料滿足先進先出原則
c#中有關佇列的幾個常用方法：
-
- Count：Count屬性返回佇列中元素個數。
- Enqueue：Enqueue()方法在佇列一端新增一個元素。
- Dequeue：Dequeue()方法在佇列的頭部讀取和刪除元素。如果在呼叫Dequeue()方法時，佇列中不再有元素，就丟擲一個InvalidOperationException型別的異常。
- Peek：Peek()方法從佇列的頭部讀取一個元素，但不刪除它。
- TrimExcess：TrimExcess()方法重新設定佇列的容量。Dequeue()方法從佇列中刪除元素，但它不會重新設定佇列的容量。要從佇列的頭部去除空元素，應使用TrimExcess()方法。
- Clear：Clear()方法從佇列中移除所有的元素。
- ToArray：ToArray()複製佇列到一個新的陣列中。
下面通過佇列來例項模擬訊息佇列的實現流程：
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
namespace dataStructureQueueTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("通過Queue來模擬訊息佇列的實現");
QueueTest queueTest = new QueueTest();
while (true)
{
Console.WriteLine("請輸入你操作的型別：1:代表生成一條訊息，2：代表消費一條訊息");
string type = Console.ReadLine();
if (type == "1")
{
Console.WriteLine("請輸入具體訊息：");
string inforValue = Console.ReadLine();
queueTest.InformationProducer(inforValue);
}
else if (type == "2")
{
//// 在消費訊息的時候，模擬一下，消費成功與消費失敗下次繼續消費的場景
object inforValue = queueTest.InformationConsumerGet();
if (inforValue == null)
{
Console.WriteLine("當前無可訊息可消費");
}
else
{
Console.WriteLine("獲取到的訊息為：" + inforValue);
Console.WriteLine("請輸入訊息消費結果：1:成功消費訊息，2：訊息消費失敗");
string consumerState = Console.ReadLine();
///// 備註：該操作方式執行緒不安全，在多執行緒不要直接使用
if (consumerState == "1")
{
queueTest.InformationConsumerDel();
}
}
}
else
{
Console.WriteLine("操作有誤，請重新選擇");
}
}
}
}
/// <summary>
/// 佇列練習
/// </summary>
public class QueueTest
{
/// <summary>
/// 定義一個佇列
/// </summary>
public Queue<string> queue = new Queue<string>();
/// <summary>
/// 生成訊息--入佇列
/// </summary>
/// <param name="inforValue"></param>
public void InformationProducer(string inforValue)
{
queue.Enqueue(inforValue);
}
/// <summary>
/// 消費訊息---出佇列--只獲取資料，不刪除資料
/// </summary>
/// <returns></returns>
public object InformationConsumerGet()
{
if (queue.Count > 0)
{
return queue.Peek();
}
return null;
}
/// <summary>
/// 消費訊息---出佇列---獲取資料的同時刪除資料
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string InformationConsumerDel()
{
if (queue.Count > 0)
{
return queue.Dequeue();
}
return null;
}
}
}
三、棧簡介
棧和佇列在使用上很相似，只是棧的資料儲存滿足先進後出原則，棧有如下一些特性：
1、操作靈活，在初始化時不需要指定其長度，其長度自動增加（預設長度為10）
注：在實際使用中，如果事先能夠預估其長度，那麼在初始化時指定長度，可以提高效率
2、泛型的引入，棧在定義時可以指定資料型別避免裝箱拆箱操作
3、儲存資料滿足先進後出原則
c#中有關棧的幾個常用方法：
- Count：Count屬性返回棧中的元素個數。
- Push：Push()方法在棧頂新增一個元素。
- Pop：Pop()方法從棧頂刪除一個元素，並返回該元素。如果棧是空的，就丟擲一個InvalidOperationException型別的異常。
- Peek：Peek()方法返回棧頂的元素，但不刪除它。
- Contains：Contains()方法確定某個元素是否在棧中，如果是，就返回true。
下面通過一個棧來模擬瀏覽器的回退前進操作的實現
using System;
using System.Collections.Generic;
namespace dataStructureStackTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//// 通過棧來模擬瀏覽器回退前進操作
//// 1、定義兩個棧，分別記錄回退的地址集合，和前進地址集合
//// 2、在操作具體的回退或者前進操作時
//// 如果和前一次操作相同，那麼就取出對應佇列的一條資料儲存到另外一個佇列
Console.WriteLine("本練習模擬瀏覽器的回退前進操作：");
/// 假設瀏覽器已瀏覽了20個網站記錄
StackTest stackTestBack = new StackTest(20);
StackTest stackTestGo = new StackTest(20);
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
stackTestBack.PushStack("網站" + (i + 1).ToString());
}
//// 記錄上一次操作
string beforOpert = "";
while (true)
{
Console.WriteLine("");
Console.WriteLine("請輸入你操作的型別：1:回退，2：前進");
string type = Console.ReadLine();
if (type == "1")
{
//// 出棧
if (beforOpert == type)
{
stackTestGo.PushStack(stackTestBack.GetAndDelStack());
}
string wbeSit = stackTestBack.GetStack();
Console.WriteLine("回退到頁面：" + wbeSit);
beforOpert = type;
}
else if (type == "2")
{
//// 出棧
if (beforOpert == type)
{
stackTestBack.PushStack(stackTestGo.GetAndDelStack());
}
string wbeSit = stackTestGo.GetStack();
Console.WriteLine("回退到頁面：" + wbeSit);
beforOpert = type;
}
else
{
Console.WriteLine("請輸入正確的操作方式！！");
}
}
}
}
/// <summary>
/// 佇列練習
/// </summary>
public class StackTest
{
/// <summary>
/// 定義一個棧
/// </summary>
public Stack<string> stack;
/// <summary>
///無引數建構函式，棧初始化為預設長度
/// </summary>
public StackTest()
{
stack = new Stack<string>();
}
/// <summary>
///有引數建構函式，棧初始化為指定長度
///如果在定義佇列時，如果知道需要儲存的資料長度，那麼最好預估一個長度，並初始化指定的長度
/// </summary>
public StackTest(int stackLen)
{
stack = stackLen > 0 ? new Stack<string>(stackLen) : new Stack<string>();
}
/// <summary>
/// 入棧
/// </summary>
/// <param name="inforValue"></param>
public void PushStack(string inforValue)
{
stack.Push(inforValue);
}
/// <summary>
/// 出棧（但不刪除）
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string GetStack()
{
if (stack.Count > 0)
{
return stack.Peek();
}
return null;
}
/// <summary>
/// 出棧（並刪除）
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string GetAndDelStack()
{
if (stack.Count > 0)
{
return stack.Pop();
}
return null;
}
}
}
四、使用場景總結
根據佇列和棧的特點，下面簡單總結一下佇列和棧的一些實際使用場景
佇列：
1、非同步記錄日誌，此處會涉及到單例模式的使用
2、訊息佇列
3、業務排隊，比如12306車票購買排隊等候
4、其他符合先進先出原則的業務操作
棧：
1、可回退的操作記錄，比如：瀏覽器的回退操作
2、計算表示式匹配，比如：計算器表示式計算
3、其他符合先進後出原則的業務操作
附件：
關於這一些練習的程式碼，上傳到github，有興趣的可以看一下：
https://github.com/xuyuanhong0902/dataStructureTest.git
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