C#环形队列的实现方法详解

2016-09-27 14:31:00 作者：独孤飞

这篇文章先是简单的给大家介绍了什么是环形队列和环形队列的优点，然后通过实例代码给大家介绍C#如何实现环形队列，有需要的朋友们可以参考借鉴，下面来一起看看吧。

一、环形队列是什么

队列是一种常用的数据结构，这种结构保证了数据是按照“先进先出”的原则进行操作的，即最先进去的元素也是最先出来的元素.环形队列是一种特殊的队列结构，保证了元素也是先进先出的，但与一般队列的区别是，他们是环形的，即队列头部的上个元素是队列尾部，通常是容纳元素数固定的一个闭环。

二、环形队列的优点

　1.保证元素是先进先出的

是由队列的性质保证的，在环形队列中通过对队列的顺序访问保证。

　2.元素空间可以重复利用

因为一般的环形队列都是一个元素数固定的一个闭环，可以在环形队列初始化的时候分配好确定的内存空间，当进队或出队时只需要返回指定元素内存空间的地址即可，这些内存空间可以重复利用，避免频繁内存分配和释放的开销。

　3.为多线程数据通信提供了一种高效的机制。

在最典型的生产者消费者模型中，如果引入环形队列，那么生成者只需要生成“东西”然后放到环形队列中即可，而消费者只需要从环形队列里取“东西”并且消费即可，没有任何锁或者等待，巧妙的高效实现了多线程数据通信。

三、C#环形队列的实现

看了一个数据结构的教程，是用C++写的，可自己C#还是一个菜鸟，更别说C++了，但还是大胆尝试用C#将其中的环形队列的实现写出来，先上代码：

public class MyQueue<T> : IDisposable
 {
  private T[] queue;
  private int length;
  private int capacity;
  private int head = 0;
  private int tail = 0;

  public MyQueue(int capacity) {
   this.capacity = capacity;
   this.head = 0;
   this.tail = 0;
   this.length = 0;
   this.queue = new T[capacity];
  }

  public void Clear() {
   head = 0;
   tail = 0;
   length = 0;
  }

  public bool IsEmpty() {
   return length == 0;
  }

  public bool IsFull() {
   return length == capacity;
  }

  public int Length() {
   return length;
  }

  public bool EnQueue(T node) {
   if (!IsFull()) {
    queue[tail] = node;
    tail = (++tail) % capacity;
    length++;
    return true;
   }
   return false;
  }

  public T DeQueue() {
   T node = default(T);
   if (!IsEmpty()) {
    node = queue[head];
    head = (++head) % capacity;
    length--;
   }
   return node;
  }

  public void Traverse() {
   for (int i = head; i < length + head; i++) {
    Console.WriteLine(queue[i % capacity]);
    Console.WriteLine($"前面还有{i - head}个");
   }
  }

  public void Dispose() {
   queue = null;
  }
 }

为了能够通用，所以用的是泛型来实现环形队列类。这里最重要的是进队(EnQueue)和出队(DeQueue)两个方法，进队或出队后头和尾的位置都要通过取模运算来获得，因为是环形队列嘛，你懂的。

1、简单类型队列

好了，测试下入队：

class Program
 {
  static void Main(string[] args) {
   MyQueue<int> queue = new MyQueue<int>(4);
   queue.EnQueue(10);
   queue.EnQueue(16);
   queue.EnQueue(18);
   queue.EnQueue(12);
   queue.Traverse();
   Console.Read();
  }
 }

显示结果：

再测试下出队：

class Program
 {
  static void Main(string[] args) {
   MyQueue<int> queue = new MyQueue<int>(4);
   queue.EnQueue(10);
   queue.EnQueue(16);
   queue.EnQueue(18);
   queue.EnQueue(12);
   queue.Traverse();

   Console.WriteLine("弹两个出去");
   queue.DeQueue();
   queue.DeQueue();
   Console.WriteLine();
   queue.Traverse();
   Console.Read();
  }
 }

运行结果：

2、复杂类型队列

之前也说了，这个队列类是用的泛型写的，对应于C++的模板了，那就意味着任何类型都可以使用这个队列类，来测试个自定义的类试试，如下先定义一个Customer类：

public class Customer
 {
  public string Name { get; set; }

  public int Age { get; set; }

  public void PringInfo() {
   Console.WriteLine("姓名:" + Name);
   Console.WriteLine("年龄:" + Age);
   Console.WriteLine();
  }
 }

然后进行入队，如下：

class Program
 {
  static void Main(string[] args) {
   MyQueue<Customer> queue = new MyQueue<Customer>(5);
   queue.EnQueue(new Customer() { Name = "宋小二", Age = 29 });
   queue.EnQueue(new Customer() { Name = "陈小三", Age = 28 });
   queue.EnQueue(new Customer() { Name = "王小四", Age = 26 });
   queue.EnQueue(new Customer() { Name = "朱小五", Age = 48 });
   for (int i = 0; i < queue.Length(); i++) {
    queue[i].PringInfo();
   }
   Console.Read();
  }
 }

上面的代码 queue[i].PringInfo();是通过索引来实现，所以我们得在队列类中实现索引，添加如下代码到MyQueue.cs类中，如下：

   public T this[int index] {
    get {
     return queue[index];
    }
   }

感觉用for循环来遍历还是不够好，想用foreach，那就给MyQueue类加个遍历接口，如下：

然后实现这个接口，如下：

public IEnumerator<T> GetEnumerator() {
   foreach(T node in queue) {
    if(node != null) { 
     yield return node;
    }
   }
  }

  IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() {
   return GetEnumerator();
  }

这样遍历的地方就可以改成foreach了，如下：

执行结果：

总结：

编程的思想才是最重要的，无关语言。以上就是这篇文章的全部内容了，希望能对大家的学习或者工作带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流。

C#环形队列的实现方法详解

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