GO语言-数据结构-队列

1.队列的顺序存储结构

1.1 队列顺序存储结构-结构体定义

1.2 队列顺序存储结构--初始化队列

1.3 队列顺序存储结构-入队

队列（Queue），是具有一定操作限制的线性表。只能在一端插入，在另一端删除。

插入数据：入队（AddQ）
删除数据：出队（DeleteQ）
先进先出：First In First Out（FIFO）

队列的抽象数据类型描述

数据对象集：一个有0或多个元素的线性表。

操作集：

生成长度为MaxSize的空队列
判断队列是否已满
判断队列是否已空
将元素插入队列中
将元素从队列中删除并返回

1.队列的顺序存储结构

队列的顺序存储结构组成：一个一维数组、一个记录队列头元素位置的变量front、一个记录队列尾元素的变量rear。

可以声明front=0，rear=-1。每次入队rear+1，每次出队front+1。
rear-front=-1时，队列空。
rear+1=MaxSize时，队列满。

1.1 队列顺序存储结构-结构体定义


type Queue struct {
	front      int
	rear       int
	queueArray [6]int
}

1.2 队列顺序存储结构--初始化队列


func initQueue() (queue *Queue) {
	//初始化队列
	queue = &Queue{
		front:      0,
		rear:       -1,
		queueArray: [6]int{},
	}
	return queue
}

1.3 队列顺序存储结构-入队


func (q *Queue) addQueue(v int) error {
	//判断队列是否已满
	if q.Rear+1 == q.MaxSize {
		return errors.New("队列已满")
	}
 
	q.Rear += 1              //队尾下标+1
	q.QueueArray[q.Rear] = v //数据插入队尾
 
	return nil
}

1.4 队列顺序存储结构-出队


func (q *Queue) deleteQueue() (int, error) {
	//判断队列否为空
	if q.Rear-q.Front == -1 {
		return -1, errors.New("队列为空")
	}
 
	v := q.QueueArray[q.Front] //获取队列头部元素值
	q.Front += 1               //队头下标+1
 
	return v, nil
}

1.5 完整代码


package main
 
import (
	"errors"
	"fmt"
)
 
type Queue struct {
	Front      int
	Rear       int
	MaxSize    int
	QueueArray [6]int
}
 
func main() {
	//初始化队列
	queue := initQueue()
 
	//队列最大能存储6个元素，最大队尾下标为5
	queue.addQueue(100)
	queue.addQueue(200)
	fmt.Println("入队两个元素")
	fmt.Printf("队列: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", queue.QueueArray, queue.Front, queue.Rear)
 
	v, err := queue.deleteQueue()
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	} else {
		fmt.Printf("出队元素: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", v, queue.Front, queue.Rear)
	}
 
	//入队5个元素
	for i := 1; i <= 5; i++ {
		err := queue.addQueue(i)
		if err != nil {
			fmt.Println(err)
		}
	}
	fmt.Printf("队列: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", queue.QueueArray, queue.Front, queue.Rear)
}
 
//队列初始化
func initQueue() (queue *Queue) {
	//初始化队列
	queue = &Queue{
		Front:      0,
		Rear:       -1,
		MaxSize:    6,
		QueueArray: [6]int{},
	}
	return queue
}
 
//队列-入队
func (q *Queue) addQueue(v int) error {
	//判断队列是否已满
	if q.Rear+1 == q.MaxSize {
		return errors.New("队列已满")
	}
 
	q.Rear += 1              //队尾下标+1
	q.QueueArray[q.Rear] = v //数据插入队尾
 
	return nil
}
 
//队列-出队
func (q *Queue) deleteQueue() (int, error) {
	//判断队列否为空
	if q.Rear-q.Front == -1 {
		return -1, errors.New("队列为空")
	}
 
	v := q.QueueArray[q.Front] //获取队列头部元素值
	q.QueueArray[q.Front] = 0  //出队数据置为0
	q.Front += 1               //队头下标+1
 
	return v, nil
}

2.循环队列

经过多次的入队和出队，队尾会达到数组的限制，而对头会空出几个位置。为了更好地利用数组的空间，则引入循环队列的概念。

可以声明front=0，rear=-1。每次入队rear+1，每次出队front+1。
循环存入时，rear和front的值一直累加。需要确定front和rear下标时，使用front和rear与数组MaxSize取模。
rear-front=-1时，队列空。
rear-front+1=MaxSize时，队列满。

循环队列的实现与常规的使用数组实现的非循环队列的区别就在于，循环队列的出栈和入栈时的队front和rear的操作有所不同。

2.1 循环队列-入队


func (q *Queue) addQueue(v int) error {
	//判断循环队列是否已满
	if q.Rear-q.Frount+1 == q.MaxSize {
		return errors.New("循环队列已满")
	}
 
	q.Rear += 1                        //队尾下标+1
	q.QueueArray[q.Rear%q.MaxSize] = v //数据入队尾;rear与MaxSize去模，获取实际数组下标
 
	return nil
}

2.2 循环队列-出队


func (q *Queue) deleteQueue() (int, error) {
	//判断循环队列否为空
	if q.Rear-q.Frount == -1 {
		return -1, errors.New("队列为空")
	}
 
	v := q.QueueArray[q.Frount%q.MaxSize] //获取队列头部元素值;front与MaxSize去模，获取实际数组下标
	q.QueueArray[q.Frount%q.MaxSize] = 0  //出队数据置为0
	q.Frount += 1                         //队头下标+1
 
	return v, nil
}

2.3 循环队列完整代码


package main
 
import (
	"errors"
	"fmt"
)
 
type Queue struct {
	Frount     int
	Rear       int
	MaxSize    int
	QueueArray [6]int
}
 
type QueueNode struct {
}
 
func main() {
	//初始化队列
	queue := initQueue()
 
	//队列最大能存储6个元素，最大队尾下标为5
	queue.addQueue(100)
	queue.addQueue(200)
	fmt.Println("入队两个元素")
	fmt.Printf("队列: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", queue.QueueArray, queue.Frount, queue.Rear)
 
	v, err := queue.deleteQueue()
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	} else {
		fmt.Printf("出队元素: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", v, queue.Frount, queue.Rear)
	}
 
	//循环：入队2个元素，出队一个元素
	fmt.Println("---循环：入队2个元素，出队一个元素---")
	for i := 1; i <= 5; i++ {
		fmt.Printf("第%v次循环:\n", i)
		err := queue.addQueue(i)
		if err != nil {
			fmt.Println(err)
			break
		}
		fmt.Printf("队列: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", queue.QueueArray, queue.Frount, queue.Rear)
 
		err = queue.addQueue(i)
		if err != nil {
			fmt.Println(err)
			break
		}
		fmt.Printf("队列: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", queue.QueueArray, queue.Frount, queue.Rear)
 
		queue.deleteQueue()
		fmt.Printf("队列: %v, 队头front: %v, 队尾rear: %v\n", queue.QueueArray, queue.Frount, queue.Rear)
	}
}
 
//队列初始化
func initQueue() (queue *Queue) {
	//初始化队列
	queue = &Queue{
		Frount:     0,
		Rear:       -1,
		MaxSize:    6,
		QueueArray: [6]int{},
	}
	return queue
}
 
//队列-入队
func (q *Queue) addQueue(v int) error {
	//判断循环队列是否已满
	if q.Rear-q.Frount+1 == q.MaxSize {
		return errors.New("循环队列已满")
	}
 
	q.Rear += 1                        //队尾下标+1
	q.QueueArray[q.Rear%q.MaxSize] = v //数据入队尾;rear与MaxSize去模，获取实际数组下标
 
	return nil
}
 
//队列-出队
func (q *Queue) deleteQueue() (int, error) {
	//判断循环队列否为空
	if q.Rear-q.Frount == -1 {
		return -1, errors.New("队列为空")
	}
 
	v := q.QueueArray[q.Frount%q.MaxSize] //获取队列头部元素值;front与MaxSize去模，获取实际数组下标
	q.QueueArray[q.Frount%q.MaxSize] = 0  //出队数据置为0
	q.Frount += 1                         //队头下标+1
 
	return v, nil
}

如果用非循环队列，数组容量为6，rear为5时就无法再入队元素了。使用了循环队列，只要数组中还有空间，就可以一直循环入队元素。上述例子中rear最终达到了10，也就是一共有11个元素成功入队，充分利用了空间。

3.队列的链式存储结构

队列也可以使用一个单链表实现。插入和删除操作分别在链表的两端进行。

链表的特点是：在链表的头部，做插入、删除操作都方便；在链表的尾部，做插入操作方便，做删除操作不方便。

在链表头部进行出队操作
在链表尾部进行入队操作
需要front和rear分别指向链的头节点的和尾节点。当front不指向任何节点时，队列为空。

3.1 队列的链式存储结构-结构体定义


//队列-链式存储结构-结构体
type LinkQueue struct {
	Frount *QueueNode
	Rear   *QueueNode
}
 
//队列-链式存储结构-每个结点结构体
type QueueNode struct {
	data int
	next *QueueNode
}

3.2 队列的链式存储结构-队列初始化


func initQueue() (queue *LinkQueue) {
	//初始化队列
	queue = &LinkQueue{
		Frount: nil,
		Rear:   nil,
	}
	return queue
}

3.3 队列的链式存储结构-入队


func (lq *LinkQueue) addQueue(v int) {
	//链式存储结构，暂不考虑队列是否已满
 
	//新建入队节点
	newNode := &QueueNode{
		data: v,
		next: nil,
	}
 
	//如果Frount为空，表明为入队的第一个节点
	if lq.Frount == nil {
		lq.Frount = newNode
		lq.Rear = newNode
	}
 
	//原队尾指向新入队节点
	lq.Rear.next = newNode
	lq.Rear = newNode
}

3.4 队列的链式存储结构-出队


func (lq *LinkQueue) deleteQueue() (int, error) {
	//判断循环队列否为空
	if lq.Frount == nil {
		return -1, errors.New("队列为空")
	}
 
	v := lq.Frount.data        //获取队列头部元素值
	lq.Frount = lq.Frount.next //frount指向下一个结点
 
	return v, nil
}

3.5 完整代码


package main
 
import (
	"errors"
	"fmt"
)
 
type LinkQueue struct {
	Frount *QueueNode
	Rear   *QueueNode
}
 
type QueueNode struct {
	data int
	next *QueueNode
}
 
func main() {
	//初始化队列
	queue := initQueue()
 
	//循环入队&出队
	fmt.Println("---入队---")
	for i := 100; i <= 105; i++ {
		queue.addQueue(i)
		fmt.Println("入队元素:", queue.Rear.data)
	}
 
	fmt.Println("---出队---")
	for queue.Frount != nil {
		v, err := queue.deleteQueue()
		if err != nil {
			fmt.Println(err)
		} else {
			fmt.Println("出队元素:", v)
		}
	}
}
 
//队列初始化
func initQueue() (queue *LinkQueue) {
	//初始化队列
	queue = &LinkQueue{
		Frount: nil,
		Rear:   nil,
	}
	return queue
}
 
//队列-入队
func (lq *LinkQueue) addQueue(v int) {
	//链式存储结构，暂不考虑队列是否已满
 
	//新建入队节点
	newNode := &QueueNode{
		data: v,
		next: nil,
	}
 
	//如果Frount为空，表明为入队的第一个节点
	if lq.Frount == nil {
		lq.Frount = newNode
		lq.Rear = newNode
	}
 
	//原队尾指向新入队节点
	lq.Rear.next = newNode
	lq.Rear = newNode
}
 
//队列-出队
func (lq *LinkQueue) deleteQueue() (int, error) {
	//判断循环队列否为空
	if lq.Frount == nil {
		return -1, errors.New("队列为空")
	}
 
	v := lq.Frount.data        //获取队列头部元素值
	lq.Frount = lq.Frount.next //frount指向下一个节点
 
	return v, nil
}

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