Object-c 队列的两种实现方式（数组与链表实现）

作者: 劉胡來 | 来源:发表于2020-05-09 16:27 被阅读0次

(二) python实现数据结构之队列(queue)篇
数据结构java描述
集合知识点整理
Object-c 队列的两种实现方式（数组与链表实现）
基础算法学习与实践
队列
用数组实现栈、队列
阻塞队列 part1
数组实现队列之循环队列
数据结构-链表

队列是一个简单的等待序列，入队（新添加）的元素放在尾部，出队（删除的元素）从第一个开始。队列是先进先出结构（First In First out）
构造一个队列通常需要包含以下几个接口

初始化，这个过程用来设定队列的大小。

入队

出队

判断队空

判断队满

实现方式一：数组实现

例：有一个序列 1，2，3，4，5依次入队。在队列的表现形式如下：

初始时，假设队列空间大小为5。
1入队时：|1|0|0|0|0|
2入队时：|1|2|0|0|0|
3入队时：|1|2|3|0|0|
4入队时：|1|2|3|4|0|
5入队时：|1|2|3|4|5|
入队操作的代码为：

-(void)enqueue:(NSObject *)e{
    if (![self isFull]) {
        if (self.last == -1) {
            [self.array addObject:e];
            self.last = 0;
            if (self.first == -1) {
                self.first = 0;
            }
        }else{
            [self.array addObject:e];
            ++self.last;
        }
    }else{
        NSLog(@"44----------队列已满");
    }
}

假设在队满时连续3次出队得到的元素分别为：1，2，3，出队的过程如下所示
第一次执行出队操作：|0|2|3|4|5|
第二次执行出队操作：|0|0|3|4|5|
第三次执行出队操作：|0|0|0|4|5|
出队操作的代码：

-(NSObject*)dequeue{
    if ([self isEmpty]) {
       NSAssert(![self isEmpty], @"队列为空，不能再出队");
    }
    NSObject* tmp = [self.array objectAtIndex:0];
    [self.array removeObjectAtIndex:0];
    if(self.first == self.last){
        self.first = -1;
        self.last = -1;
    }else{
        self.first ++;
    }
    return tmp;
}

判断队空
如果此种情况下我们要判断队空，只有遍历一次数组了，数组没有进行任何的赋值操作则认为队列为空，通常做法为：

bool isEmpty = fasle;
for(int i = 0; i < array.size;  i ++){
    if(array[i] != 0){
      isEmpty = true;
      break;
   }
}

然后判断这个isEmpty 标志即可。这种做法有一个很大缺点，就是耗时（时间复杂度O(n))。

队满判断。
在不借助其他空间判断进行队满判断很困难。在此我们引入2个标记位first与last。其中first永远指向第一个元素，last永远指向最后一个元素。判断队满、队空的语句可通过下面代码：

//判断队满
bool isFull = (self.last == self.size - 1)
//判断队空
bool isEmpty = (self.first == -1)

如果对空间利用率不做要求的话，此时已经能够达到队列的要求了。仔细观察的话，在进行第三次出队的时候，再执行一次入队操作（假设入队元素为6）这个时候会发现队列已经满了，因为last已经指向了数组的最后索引了，而情况却存在前面三个空间均没有存放其他元素，结果导致了碎片出现，这是一种极大的资源浪费,这个时候循环队列这个救星应运而生，只有当满足下面条件时才判断队满
队满判断：

-(BOOL)isFull{
    return (self.first == 0 && self.last == self.size - 1) || self.first == self.last + 1;
}

队空还是一样

循环队列入队操作逻辑为

-(void)enqueue:(NSObject *)e{
    if (![self isFull]) {
        if (self.last == self.size - 1 || self.last == -1) {
            [self.array addObject:e];
            self.last = 0;
            if (self.first == -1) {
                self.first = 0;
            }
        }else{
            [self.array addObject:e];
            ++self.last;
        }
    }else{
        NSLog(@"44----------队列已满");
    }
}

出队逻辑为：

-(NSObject*)dequeue{
    if ([self isEmpty]) {
       NSAssert(![self isEmpty], @"队列为空，不能再出队");
    }
    NSObject* tmp = [self.array objectAtIndex:0];
    [self.array removeObjectAtIndex:0];
    if(self.first == self.last){
        self.first = -1;
        self.last = -1;
    }else if (self.first == self.size - 1){
        self.first = 0;
    }else{
        self.first ++;
    }
    return tmp;
}

*整体的代码如下：

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface QueueArray : NSObject

-(instancetype) initWithSize:(NSInteger)size;

-(void) enqueue:(NSObject*)e;


-(NSObject*) dequeue;

-(BOOL) isFull;
-(BOOL) isEmpty;

-(void) test;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "QueueArray.h"

@interface QueueArray ()
@property(nonatomic,assign) NSInteger first;
@property(nonatomic,assign) NSInteger last;
@property(nonatomic,assign) NSInteger size;
@property(nonatomic,strong) NSMutableArray* array;

@end

@implementation QueueArray

-(instancetype)initWithSize:(NSInteger)size{
    self = [super init];
    if (self) {
        self.last = -1;
        self.first = -1;
        self.size = size;
        self.array = [[NSMutableArray alloc] init];
    }
    return self;
}

-(void)enqueue:(NSObject *)e{
    if (![self isFull]) {
        if (self.last == self.size - 1 || self.last == -1) {
            [self.array addObject:e];
            self.last = 0;
            if (self.first == -1) {
                self.first = 0;
            }
        }else{
            [self.array addObject:e];
            ++self.last;
        }
    }else{
        NSLog(@"44----------队列已满");
    }
}

-(NSObject*)dequeue{
    if ([self isEmpty]) {
       NSAssert(![self isEmpty], @"队列为空，不能再出队");
    }
    NSObject* tmp = [self.array objectAtIndex:0];
    [self.array removeObjectAtIndex:0];
    if(self.first == self.last){
        self.first = -1;
        self.last = -1;
    }else if (self.first == self.size - 1){
        self.first = 0;
    }else{
        self.first ++;
    }
    return tmp;
}

-(BOOL)isFull{
    return (self.first == 0 && self.last == self.size - 1) || self.first == self.last + 1;
}
- (BOOL)isEmpty{
    return self.first == -1;
}

-(void) test{
    [self.array enumerateObjectsUsingBlock:^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop){
        NSLog(@"68---------队列余下元素:%@  index:%ld",obj,idx);
    }];
    
    
}

@end

链表实现方式为：

#import <Foundation/Foundation.h>
@class LinkedList;

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface QueueLinkedList : NSObject

-(instancetype) initWithSize:(NSInteger)size;

-(void) enqueue:(NSObject*)e;


-(LinkedList*) dequeue;

-(BOOL) isFull;
-(BOOL) isEmpty;

-(void) test;


@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "QueueLinkedList.h"
#import "LinkedList.h"

@interface QueueLinkedList ()
@property(nonatomic,assign) NSInteger first;
@property(nonatomic,assign) NSInteger last;
@property(nonatomic,assign) NSInteger size;
@property(nonatomic,strong) LinkedList* linkList;

@end

@implementation QueueLinkedList

-(instancetype)initWithSize:(NSInteger)size{
    self = [super init];
    if (self) {
        self.last = -1;
        self.first = -1;
        self.size = size;
        self.linkList = [[LinkedList alloc] init]; //创建一个链表，此处为一个头结点
        self.linkList.data = @"head";
    }
    return self;
}

-(void)enqueue:(NSObject *)e{
    if (![self isFull]) {
        LinkedList* node = [[LinkedList alloc] init];
        node.data = e;
        if (self.last == self.size - 1 || self.last == -1) {
            [self.linkList insertAfterNode:node];
            self.last = 0;
            if (self.first == -1) {
                self.first = 0;
            }
        }else{
            [self.linkList insertAfterNode:node];
            ++self.last;
        }
        NSLog(@"48---------链表b队列实现方式入队元素:%@",e);
    }else{
        NSLog(@"44----------队列已满");
    }
}

-(LinkedList*)dequeue{
    if ([self isEmpty]) {
       NSAssert(![self isEmpty], @"队列为空，不能再出队");
    }
    LinkedList* tmp = self.linkList.next;
    [self.linkList deleteNode:tmp];
    if(self.first == self.last){
        self.first = -1;
        self.last = -1;
    }else if (self.first == self.size - 1){
        self.first = 0;
    }else{
        self.first ++;
    }
    return tmp;
}

-(BOOL)isFull{
    return (self.first == 0 && self.last == self.size - 1) || self.first == self.last + 1;
}
- (BOOL)isEmpty{
    return self.first == -1;
}
-(void)test{
    LinkedList* p = self.linkList.next;
   while (p.next != nil) {
       
       NSObject* data = p.data;
       LinkedList* next = p.next;
       NSLog(@"65---------cur data :%@ next node:%@",data,next);
       
       p = p.next;
   }
   NSLog(@"69---------cur data :%@ next node:%@",p.data,p.next);
}


@end

QQ20200509-172241-HD.gif