數據結構之隊列and棧總結分析

来源:https://www.cnblogs.com/xiaoXuZhi/archive/2019/11/17/XYH_dataStructureTest_queue_stack.html
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數據結構之隊列、棧是很常見的數據結構，那麼其使用場景是什麼呢？以及其區別是什麼，本文將通過簡單的實例來分表模擬其實際使用 ...


一、前言：

　　數據結構中隊列和棧也是常見的兩個數據結構，隊列和棧在實際使用場景上也是相輔相成的，下麵簡單總結一下，如有不對之處，多多指點交流，謝謝。

二、隊列簡介

　　隊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，其實在程式數據結構中的隊列其效果也是一樣，及先進先出。

　　   隊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）

　　　　　　　　註：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，隊列在定義時可以指定數據類型避免裝箱拆箱操作

　　　　　3、存儲數據滿足先進先出原則

　　     

　　　c#中有關隊列的幾個常用方法：

    • Count：Count屬性返回隊列中元素個數。
    • Enqueue：Enqueue()方法在隊列一端添加一個元素。
    • Dequeue：Dequeue()方法在隊列的頭部讀取和刪除元素。如果在調用Dequeue()方法時，隊列中不再有元素，就拋出一個InvalidOperationException類型的異常。
    • Peek：Peek()方法從隊列的頭部讀取一個元素，但不刪除它。
    • TrimExcess：TrimExcess()方法重新設置隊列的容量。Dequeue()方法從隊列中刪除元素，但它不會重新設置隊列的容量。要從隊列的頭部去除空元素，應使用TrimExcess()方法。
    • Clear：Clear()方法從隊列中移除所有的元素。
    • ToArray：ToArray()複製隊列到一個新的數組中。

　　下麵通過隊列來實例模擬消息隊列的實現流程：

 

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;

namespace dataStructureQueueTest
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("通過Queue來模擬消息隊列的實現");
            QueueTest queueTest = new QueueTest();

            while (true)
            {
                Console.WriteLine("請輸入你操作的類型：1:代表生成一條消息，2：代表消費一條消息");
                string type = Console.ReadLine();
                if (type == "1")
                {
                    Console.WriteLine("請輸入具體消息：");
                    string inforValue = Console.ReadLine();
                    queueTest.InformationProducer(inforValue);
                }
                else if (type == "2")
                {
                    //// 在消費消息的時候，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("當前無可消息可消費");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine("獲取到的消息為：" + inforValue);

                        Console.WriteLine("請輸入消息消費結果：1:成功消費消息，2：消息消費失敗");
                        string consumerState = Console.ReadLine();

                        ///// 備註：該操作方式線程不安全，在多線程不要直接使用
                        if (consumerState == "1")
                        {
                            queueTest.InformationConsumerDel();
                        }
                    }
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine("操作有誤，請重新選擇");
                }
            }
        }
    }

    /// <summary>
    /// 隊列練習
    /// </summary>
    public class QueueTest
    {
        /// <summary>
        /// 定義一個隊列
        /// </summary>
        public Queue<string> queue = new Queue<string>();

        /// <summary>
        /// 生成消息--入隊列
        /// </summary>
        /// <param name="inforValue"></param>
        public void InformationProducer(string inforValue)
        {
            queue.Enqueue(inforValue);
        }

        /// <summary>
        /// 消費消息---出隊列--只獲取數據，不刪除數據
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public object InformationConsumerGet()
        {
            if (queue.Count > 0)
            {
                return queue.Peek();
            }

            return null;
        }

        /// <summary>
        /// 消費消息---出隊列---獲取數據的同時刪除數據
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public string InformationConsumerDel()
        {
            if (queue.Count > 0)
            {
                return queue.Dequeue();
            }

            return null;
        }
    }
}

 

 

三、棧簡介

　　棧和隊列在使用上很相似，只是棧的數據存儲滿足先進後出原則，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）

　　　　　　　　註：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數據類型避免裝箱拆箱操作

　　　　　3、存儲數據滿足先進後出原則

　　　　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()方法在棧頂添加一個元素。
  • 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，就拋出一個InvalidOperationException類型的異常。
  • 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。

 　　　　下麵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，那麼就取出對應隊列的一條數據存儲到另外一個隊列
            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("請輸入你操作的類型：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>
    /// 隊列練習
    /// </summary>
    public class StackTest
    {
        /// <summary>
        /// 定義一個棧
        /// </summary>
        public Stack<string> stack;

        /// <summary>
        ///無參數構造函數，棧初始化為預設長度
        /// </summary>
        public StackTest()
        {
            stack = new Stack<string>();
        }

        /// <summary>
        ///有參數構造函數，棧初始化為指定長度
        ///如果在定義隊列時，如果知道需要存儲的數據長度，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

　　根據隊列和棧的特點，下麵簡單總結一下隊列和棧的一些實際使用場景

　　　隊列：

　　　　1、非同步記錄日誌，此處會涉及到單例模式的使用

　　　　2、消息隊列

　　　　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、計算表達式匹配，比如：計算器表達式計算

　　　　3、其他符合先進後出原則的業務操作

 

附件：

關於這一些練習的代碼，上傳到github，有興趣的可以看一下：

https://github.com/xuyuanhong0902/dataStructureTest.git

 


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