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。
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 int
array [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] = val
return
}
// 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 string
var val int
for {
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 int
array [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.maxSize
return
}
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head
tempHead := this.head
for 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 string
var val int
for {
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)
}
}
}