数据结构之队列and栈总结分析
2024-09-01 17:58:52
一、前言：
数据结构中队列和栈也是常见的两个数据结构，队列和栈在实际使用场景上也是相辅相成的，下面简单总结一下，如有不对之处，多多指点交流，谢谢。
二、队列简介
队列顾名思义就是排队的意思，根据我们的实际生活不难理解，排队就是有先后顺序，先到先得，其实在程序数据结构中的队列其效果也是一样，及先进先出。
队列大概有如下一些特性：
1、操作灵活，在初始化时不需要指定其长度，其长度自动增加（默认长度为32）
注：在实际使用中，如果事先能够预估其长度，那么在初始化时指定长度，可以提高效率
2、泛型的引入，队列在定义时可以指定数据类型避免装箱拆箱操作
3、存储数据满足先进先出原则
c#中有关队列的几个常用方法：
- Count：Count属性返回队列中元素个数。
- Enqueue：Enqueue()方法在队列一端添加一个元素。
- Dequeue：Dequeue()方法在队列的头部读取和删除元素。如果在调用Dequeue()方法时，队列中不再有元素，就抛出一个InvalidOperationException类型的异常。
- Peek：Peek()方法从队列的头部读取一个元素，但不删除它。
- TrimExcess：TrimExcess()方法重新设置队列的容量。Dequeue()方法从队列中删除元素，但它不会重新设置队列的容量。要从队列的头部去除空元素，应使用TrimExcess()方法。
- Clear：Clear()方法从队列中移除所有的元素。
- ToArray：ToArray()复制队列到一个新的数组中。
下面通过队列来实例模拟消息队列的实现流程：
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic; namespace dataStructureQueueTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("通过Queue来模拟消息队列的实现");
QueueTest queueTest = new QueueTest(); while (true)
{
Console.WriteLine("请输入你操作的类型：1:代表生成一条消息，2：代表消费一条消息");
string type = Console.ReadLine();
if (type == "")
{
Console.WriteLine("请输入具体消息：");
string inforValue = Console.ReadLine();
queueTest.InformationProducer(inforValue);
}
else if (type == "")
{
//// 在消费消息的时候，模拟一下，消费成功与消费失败下次继续消费的场景 object inforValue = queueTest.InformationConsumerGet();
if (inforValue == null)
{
Console.WriteLine("当前无可消息可消费");
}
else
{
Console.WriteLine("获取到的消息为：" + inforValue); Console.WriteLine("请输入消息消费结果：1:成功消费消息，2：消息消费失败");
string consumerState = Console.ReadLine(); ///// 备注：该操作方式线程不安全，在多线程不要直接使用
if (consumerState == "")
{
queueTest.InformationConsumerDel();
}
}
}
else
{
Console.WriteLine("操作有误，请重新选择");
}
}
}
} /// <summary>
/// 队列练习
/// </summary>
public class QueueTest
{
/// <summary>
/// 定义一个队列
/// </summary>
public Queue<string> queue = new Queue<string>(); /// <summary>
/// 生成消息--入队列
/// </summary>
/// <param name="inforValue"></param>
public void InformationProducer(string inforValue)
{
queue.Enqueue(inforValue);
} /// <summary>
/// 消费消息---出队列--只获取数据，不删除数据
/// </summary>
/// <returns></returns>
public object InformationConsumerGet()
{
if (queue.Count > )
{
return queue.Peek();
} return null;
} /// <summary>
/// 消费消息---出队列---获取数据的同时删除数据
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string InformationConsumerDel()
{
if (queue.Count > )
{
return queue.Dequeue();
} return null;
}
}
}
三、栈简介
栈和队列在使用上很相似，只是栈的数据存储满足先进后出原则，栈有如下一些特性：
1、操作灵活，在初始化时不需要指定其长度，其长度自动增加（默认长度为10）
注：在实际使用中，如果事先能够预估其长度，那么在初始化时指定长度，可以提高效率
2、泛型的引入，栈在定义时可以指定数据类型避免装箱拆箱操作
3、存储数据满足先进后出原则
c#中有关栈的几个常用方法：
- Count：Count属性返回栈中的元素个数。
- Push：Push()方法在栈顶添加一个元素。
- Pop：Pop()方法从栈顶删除一个元素，并返回该元素。如果栈是空的，就抛出一个InvalidOperationException类型的异常。
- Peek：Peek()方法返回栈顶的元素，但不删除它。
- Contains：Contains()方法确定某个元素是否在栈中，如果是，就返回true。
下面通过一个栈来模拟浏览器的回退前进操作的实现
using System;
using System.Collections.Generic; namespace dataStructureStackTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//// 通过栈来模拟浏览器回退前进操作
//// 1、定义两个栈，分别记录回退的地址集合，和前进地址集合
//// 2、在操作具体的回退或者前进操作时
//// 如果和前一次操作相同，那么就取出对应队列的一条数据存储到另外一个队列
Console.WriteLine("本练习模拟浏览器的回退前进操作："); /// 假设浏览器已浏览了20个网站记录
StackTest stackTestBack = new StackTest();
StackTest stackTestGo = new StackTest();
for (int i = ; i < ; i++)
{
stackTestBack.PushStack("网站" + (i + ).ToString());
} //// 记录上一次操作
string beforOpert = "";
while (true)
{
Console.WriteLine("");
Console.WriteLine("请输入你操作的类型：1:回退，2：前进");
string type = Console.ReadLine(); if (type == "")
{
//// 出栈
if (beforOpert == type)
{
stackTestGo.PushStack(stackTestBack.GetAndDelStack());
}
string wbeSit = stackTestBack.GetStack();
Console.WriteLine("回退到页面：" + wbeSit);
beforOpert = type;
}
else if (type == "")
{
//// 出栈
if (beforOpert == type)
{
stackTestBack.PushStack(stackTestGo.GetAndDelStack());
}
string wbeSit = stackTestGo.GetStack(); Console.WriteLine("回退到页面：" + wbeSit);
beforOpert = type;
}
else
{
Console.WriteLine("请输入正确的操作方式！！");
}
}
}
} /// <summary>
/// 队列练习
/// </summary>
public class StackTest
{
/// <summary>
/// 定义一个栈
/// </summary>
public Stack<string> stack; /// <summary>
///无参数构造函数，栈初始化为默认长度
/// </summary>
public StackTest()
{
stack = new Stack<string>();
} /// <summary>
///有参数构造函数，栈初始化为指定长度
///如果在定义队列时，如果知道需要存储的数据长度，那么最好预估一个长度，并初始化指定的长度
/// </summary>
public StackTest(int stackLen)
{
stack = stackLen > ? new Stack<string>(stackLen) : new Stack<string>();
} /// <summary>
/// 入栈
/// </summary>
/// <param name="inforValue"></param>
public void PushStack(string inforValue)
{
stack.Push(inforValue);
} /// <summary>
/// 出栈（但不删除）
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string GetStack()
{
if (stack.Count > )
{
return stack.Peek();
} return null;
} /// <summary>
/// 出栈（并删除）
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string GetAndDelStack()
{
if (stack.Count > )
{
return stack.Pop();
} return null;
}
}
}
四、使用场景总结
根据队列和栈的特点，下面简单总结一下队列和栈的一些实际使用场景
队列：
1、异步记录日志，此处会涉及到单例模式的使用
2、消息队列
3、业务排队，比如12306车票购买排队等候
4、其他符合先进先出原则的业务操作
栈：
1、可回退的操作记录，比如：浏览器的回退操作
2、计算表达式匹配，比如：计算器表达式计算
3、其他符合先进后出原则的业务操作
附件：
关于这一些练习的代码，上传到github，有兴趣的可以看一下：
https://github.com/xuyuanhong0902/dataStructureTest.git
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