数据结构之队列and栈总结分析

Posted 2020-11-23 xiaoxuzhi

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 == "1")
                {
                    Console.WriteLine("请输入具体消息：");
                    string inforValue = Console.ReadLine();
                    queueTest.InformationProducer(inforValue);
                }
                else if (type == "2")
                {
                    //// 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 == "1")
                        {
                            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 > 0)
            {
                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 > 0)
            {
                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(20);
            StackTest stackTestGo = new StackTest(20);
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                stackTestBack.PushStack("网站" + (i + 1).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 == "1")
                {
                    //// 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 == "2")
                {
                    //// 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 > 0 ? 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 > 0)
            {
                return stack.Peek();
            }

            return null;
        }

        /// <summary>
        /// 出栈（并删除）
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public string GetAndDelStack()
        {
            if (stack.Count > 0)
            {
                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