Object-c 队列的两种实现方式（数组与链表实现）
2020-05-09 本文已影响0人
劉胡來
- 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
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